q -

Лекция 1. Введение
Основные
понятия
и
определения.
Законы
экологии.
Взаимодействие человека с окружающей средой. Цели и задачи
дисциплины «Экология».
В условиях научно-технического прогресса проблема взаимодействия
человеческого общества с природой, сохранения, восстановления и
улучшения окружающей среды приобретает все большую актуальность.
Изучение этой проблемы требует предварительного анализа некоторых
положений учения о биосфере и закономерностях ее развития, экологии как
науки, изучающей условия существования живых организмов и их
взаимосвязи со средой, в которой они обитают, сущности научнотехнического прогресса и некоторых других.
Впервые в научное обращение термин «экология» был введен немецким
зоологом Эрнстом Геккелем в 1869 г. В предисловии его работы «Всеобщая
морфология организмов» написано: «Под экологией мы понимаем сумму
знаний, относящихся к экономике природы, изучение всей совокупности
взаимоотношений животного мира с окружающей его средой, как
органической, так и неорганической, и, прежде всего, его дружественных или
враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми он
прямо или косвенно вступает в контакт».
Как видно, первоначальное содержание понятия опиралось на чисто
биологическое понимание экологии. Проблем самого человека, его
взаимоотношений с природой, а также качества и охраны окружающей среды
экология практически не касалась.
Ныне слово «экология» стало весьма популярным, этот термин нередко
употребляют в сочетании с такими словами, как общество, культура, семья,
здоровье и т.д. Наиболее часто применяют это слово, указывая на
неблагополучное состояние окружающей нас природы.
Термин «экология» образован от двух греческих слов (oikos – дом,
жилище и logos – наука, знание) и означает в буквальном смысле «наука о
местообитании».
Объектами экологических исследований являлись:
популяции (от лат. populus – народ, население) – совокупность особей
одного вида, обладающих необходимыми качествами для поддержания своей
численности длительное время в условиях изменяющейся окружающей среды,
способных передавать генетическую информацию особям своего вида;
виды – множество живых организмов, обладающих рядом общих
морфо-физиологических признаков. Все многообразие живых организмов,
населяющих Землю, включает:
растения (количество научно описанных видов составляет 350000).
Исторически сложившуюся совокупность всех видов растений на
определенной территории называют флорой (от лат. floris – цветок);
животные (по разным оценкам их количество составляет от 1,5 до 2
млн. видов). Совокупность всех видов животных, обитающих на
1
определенной территории, называют фауной (от лат. Fauna – богиня лесов и
полей, покровительница животных в римской мифологии);
микроорганизмы – это мельчайшие, преимущественно одноклеточные,
вещества, видимые только в микроскоп, характеризующиеся огромным
разнообразием видов; среди них различают бактерии, актиномицеты
(бактерии, образующие ветвящиеся клетки и др.), вирусы, риккетсии,
эрлихии, грибы, простейшие, хламидобактерии;
биоценоз (от био… и древнегреч. koinos – общий) − совокупность
живых организмов, населяющих данный участок суши или водоема и
характеризующихся определенными отношениями между собой и
приспособленностью к условиям окружающей среды, например биоценоз
тундры. Биотоп и биоценоз неразрывны, они вместе образуют
биологическую микросистему еще более высокого ранга – биогеоценоз. Его
структура приведена на рис. 1;
биотоп (от био… и древнегреч. topos − страна, мест-ность) − участок
суши или водоема с однородными (однотипными) природными условиями
существования живых организмов (биоценоза), например болото;
биогеоценоз (от био… и греч. ge – Земля, koinos – общий)– это система,
которую образуют биоценозы с однородными природными (однотипными)
природными условиями, свойственными определенной территории
(биотопу), например лесной биогеоценоз. Термин «биогеоценоз» предложил
академик В. Н. Сукачев. По В. Н. Сукачеву, биогеоценоз – это «совокупность на
известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений
(атмосферы, горной породы, растительности, животного мира, микроорганизмов,
почвы и гидрологических условий), имеющих специфику взаимодействия этих
компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией между собой и с
другими явлениями природы и представляющая собой внутреннее
противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении,
открытии».
Биогеоценоз
является
основной
структурно-функцио-нальной
материально-энергетической единицей (ячейкой) экосистемы. Термин
«экосистема» предложил английский ботаник А. Тенсли в статье
«Правильное и неправильное использование концепций и терминов в
экологии растений». Работа А. Тенсли ознаменовала переход на новую
ступень в развитии экологии, поскольку в ней впервые были использованы
принципы системности и комплексности.
Любая совокупность организмов неорганических компонентов
окружающей их среды, в которой может осуществляться круговорот веществ
называется экологической системой или экосистемой.
Существующие на Земле экосистемы разнообразны по размерам.
Выделяют как крупные наземные экосистемы (макроэкосистемы) –
континент, океан, крупные болота, мезоэкосистемы – лес, луг, степь, тундра,
тайга, пустыня, так и очень маленькие экосистемы (микроэкосистемы) –
например, подстилка лишайников на стволе дерева.
Живые организмы в любой экосистеме разделяют на три вида,
отличающиеся между собой формами питания: продуценты, консументы и
редуценты, органически связанные между собой и средой обитания (рис. 1).
Продуценты (от лат. producens – производящий, создающий) –
организмы, способные к фото- или хемосинтезу и являющиеся в пищевой
2
цепи первым звеном, созидателем органических веществ из неорганических.
Например, зеленые растения, поглощая углекислоту, воду и минеральные
вещества, используя энергию солнечного света, образуют в процессе
фотосинтеза самые разнообразные органические вещества и прежде всего
углеводы, необходимые им для роста и развития. В процессе фотосинтеза
растения вырабатывают и выделяют свободный кислород, поддерживая его
содержание в атмосфере на определенном уровне. В теплый солнечный день 1
га разновозрастного леса образует 120–150 кг нового органического
вещества, поглощает 220–280 углекислого газа, выделяет 180–220 кг
кислорода. В мире ежегодно образуется 1011 т органических веществ.
О2
hv
Продуценты
(растения)
Атмосфера
СО2
О2
СО2
О2 СО2
Консумент
ы 1-го
порядка
(травоядны
е)
О2 СО 2
Консумент
ы 2-го
порядка
(хищники)
Редуценты
(микроорга
низмы)
Погибшие растения, умершие
животные, их экскременты
Почва и водоемы
Питательные вещества
вода
Рис. 1. Биогеохимический цикл миграции вещества
Консументы (от лат. consumo – потребляю) – организмы, являющиеся
в пищевой цепи потребителями органического вещества: растительноядные
или плотоядные (хищники).
Редуценты (от лат. redusens – возвращающий, восстанавливающий) –
организмы (сапрофиты), разлагающие мертвое органическое вещество и
превращающие его в неорганическое, которое может усваиваться
продуцентами. Продукты жизнедеятельности животного мира, т. е. отходы
живых популяций (трупы, отбросы), подвергаются природному процессу
разложения (редукции) с помощью сапрофитов, водных бактерий,
3
жгутиковых, грибков. Редуценты создают в почве минеральные вещества,
которые снова используются продуцентами и участвуют в рассмотренном
выше круговороте.
Экосистемы не изолированы друг от друга, а плавно переходят одна в
другую, взаимодействуя между собой, образуя в своей совокупности единое
целое – биосферу. Термин «биосфера» был впервые введен австрийским
ученым Эдуардом Зюссом в 1875 г. для наименования одной из оболочек
Земли, в которой существует жизнь. Учение о биосфере было заложено
академиком В. И. Вернадским. В основе этого учения лежит понимание
диалектического единства, взаимосвязи и взаимообусловленности процессов,
происходящих на Земле, всеобщности живого вещества или, как писал В. И.
Вернадский «всюдности» живого вещества.
В обеспечении жизнедеятельности организмов огромную роль играют
следующие функции биосферы:
производство биологической продукции, т. е. органического вещества,
создаваемого живыми организмами в процессе жизнедеятельности;
поддержание оптимального газового и гидрологического состава
окружающей среды за счет круговорота воды и химических элементов;
биологическая очистка, т. е. непрерывное взаимодействие и обмен
между составляющими биосферы. В результате в природе отсутствуют
накапливающиеся отходы, в ней постоянно происходят процессы
самоочищения.
До появления человека на Земле биосфера развивалась и
самосовершенствовалась по законам, сформулированным американским
биологом Барри Коммонером в работе «Замыкающийся круг»:
закон первый – все связано со всем. Изменения, произведенные в
одном компоненте экосистемы, могут привести к неблагоприятным
последствиям в функционировании всей экосистемы. Например,
исчезновение какого-либо вида растений может привести к вымиранию от 10
до 30 видов насекомых, высших животных или других растений. Вырубка
лесов приводит к уничтожению почвы и растительности на ней, наводнениям
огромной разрушительной силы, опустыниванию и изменению климата
отдельных регионов, а в таежной зоне нередко вызывает активизацию
природных очагов клещевого энцефалита. Проникновение человека в зону
тропических
американских
саванн
способствовало
значительному
увеличению
численности
летучих
мышей-вампиров,
являющихся
переносчиками возбудителей бешенства. Обводнение африканских саванн
привело к распространению шистосомозов – хронического, медленно
развивающегося заболевания, возбудителями которого являются глисты;
закон второй – все должно куда-то деваться. В природе для любой
органической субстанции (вещества), вырабатываемого в процессе
жизнедеятельности живых организмов, существуют другие живые существа,
способные эту субстанцию (вещество) разложить при использовании ее в
качестве пищи. Таким образом, в природе нет накапливающихся веществ и
отходов;
закон третий – ничто не дается даром. Биосфера конечна, она имеет
вполне определенные геометрические размеры и биологические возможности.
Поэтому нельзя получить от природы больше, чем она способна дать.
Например, вместе с урожаем из почвы изымаются органические и минеральные
питательные вещества. Например, с клубнями картофеля при урожае 140 ц с 1
4
га из почвы извлекается, в пересчете на химические элементы, почти 50 кг
азота, 20 кг фосфора и 85 кг калия. Если взамен перечисленных веществ не
вносить в почву удобрения, то плодородие почвы будет снижаться;
закон четвертый – природа знает лучше. Природа добилась
нынешнего
относительно
равновесного
состояния
многолетним
эволюционным путем посредством проб и ошибок. Общество, воздействуя
на природу и преобразуя ее, нарушает ход естественных процессов,
происходящих в ней. Человеку, обладающему в отличие от всего
остального живого мира разумом, необходимо сохранять порядок,
существующий в природе, познать и соблюдать законы ее развития, а не
соревноваться с ней и не покорять ее, считая свои решения наилучшими.
Основные законы экологии действуют в окружающем нас мире:
атмосфере, гидросфере и литосфере.
В процессе жизнедеятельности человек использует атмосферный
воздух, почвы, природные ископаемые, воду, растительный, животный мир и
иные организмы, ландшафты, космическое пространство, а также такие
объекты, как памятники истории, культуры и архитектуры. Однако
практически все виды деятельности человека ведут как к повышению уровня
жизни, так и к его снижению за счет негативного воздействия на самого
человека и биосферу. Результатом деятельности человека является
продукция – новые вещества, материалы, технические устройства, приборы
различного назначения, жидкие, газообразные, твердые отходы и многое
другое. Как правило, эти искусственные вещества, материалы, отходы
производства и потребления и другая продукция на различных этапах своего
жизненного
цикла
–
проектирования,
производства,
поставки,
транспортирования, хранения, использования, утилизации и ликвидации,
обладают свойствами, несовместимыми с естественными природными
системами, а также характеристиками самого человека. Они имеют конечный
срок полезного использования, не разлагаются или разлагаются очень
медленно, приводят к загрязнению биосферы, непосредственно или косвенно
оказывают негативное воздействие на качество жизни, здоровье человека и
его потомков.
Огромные масштабы преобразовательной деятельности человека,
ориентированные на удовлетворение потребностей, постоянное увеличение
производства и потребление ресурсов, таят в себе опасность экологического
кризиса всепланетного масштаба, так как они не согласуются с
ограниченностью ресурсов на планете и возможностями биосферы
справляться с различного рода негативными воздействиями.
Кроме того, во взаимоотношениях человека в отличие от других живых
организмов с биосферой есть существенная разница: человек, постоянно
изменяя, расширяя и совершенствуя способы и формы своих отношений с
биосферой, действует в соответствии со своими потребностями, не всегда
согласованными с экологическими законами.
По мнению академика Н. Н. Моисеева, «человек познал законы,
позволившие ему создавать современные машины, но он пока не научился
понимать, что существуют и другие законы, которые, возможно, он еще и не
знает, что в его взаимоотношениях с природой существует запретная черта,
которую человек не имеет права переступать ни при каких обстоятельствах
5
… существует система запретов, нарушая которые он разрушает свое
будущее».
Сейчас подавляющее большинство живущих на Земле не осознают
реальности надвигающейся глобальной катастрофы. Климат последних трехчетырех лет – это яркое свидетельство ее приближения. Массовые
наводнения, небывалая жара, от которой в 2003 году только во Франции
погибли более 17 тысяч человек, небывалые снегопады в тех местах, где их
раньше не было.
Многие ученые предупреждают об экологической катастрофе уже в
середине XXI века, и тогда все будет зависеть от того, какие действия
предпримет человечество в ближайшее время. В противном случае такие
действия придется осуществлять в сверхэкстремальных условиях, ибо, как
пишет российский ученый И. Кулдошин : «… если будет упущен последний
шанс, человечеству придется еще раз пройти через «каменный век».
Важность проблемы сохранения биосферы понятна всем:
сохранение биосферы и устойчивость развития общества зависят от
самого человека. Человечество не может и не должно беспредельно
вторгаться в биосферу без учета возможных негативных последствий своей
деятельности;
негативные последствия на биосферу – это неизбежное следствие
жизнедеятельности человека;
поскольку полностью исключить негативные последствия невозможно,
для разумного регулирования деятельности необходимо знать пределы
допустимого воздействия производственной и иной деятельности на
биосферу, а также критерии экологической безопасности общества.
Исключительное значение для сохранения биосферы имеют
воспитание, образование и ответственность каждого человека. С учетом
последнего замечания целью изучения экологии является научить студентов
– будущих специалистов решению следующих задач:
выявлять источники загрязнения и загрязнители биосферы;
уменьшать или исключать негативное воздействие на биосферу с
помощью экозащитной техники и технологических процессов;
осуществлять переработку, обезвреживание отходов производства и
потребления тепла, их реализацию, захоронение и утилизацию;
оценивать затраты на проведение мероприятий, направленных на
уменьшение или исключение негативного воздействия на биосферу и
определять их эффективность путем сравнения затраты – выгоды;
производить оценку экологического риска.
Контрольные вопросы к лекции 1
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Понятие «Экология».
Биоценоз и биотоп, их характеристика и взаимосвязь.
Что называют «экосистемой»?
Виды живых организмов в экосистеме, их роль.
Понятие «Биосферы».
Законы экологии.
Причины возникновения экологического кризиса.
6
Лекция 2. Человек и среда обитания. Воздействие общества на
природную среду. Основные аспекты дисциплины «Экология». Учение о
биосфере. Обмен веществ в природе.
Как известно, биосфера более 4 млрд. лет обходилась без человека.
Первые представители Homo sapiens появились сравнительно недавно
(примерно 200000 лет назад). Разные этапы развития человеческого общества
сопровождались развитием новых форм деятельности: переходом от
собирательства плодов, ягод, промысла мелких животных и охоты, от охоты
к скотоводству, от скотоводства к земледелию, от земледелия к
материальному производству.
Переходы от одного вида деятельности к другому являлись началом
смены культурно хозяйственного типа человеческого общества – охотников
и собирателей, скотоводов и земледельцев, индустриальное общество, и
сопровождались ростом численности населения, резким увеличением
объемов потребляемых природных ресурсов.
Все это приводило к тому, что человек создал искусственный мир,
преобразовав значительную часть биосферы. Совокупность всех объектов,
созданных человеком, называют техносферой.
В результате деятельности человека в биосфере стали появляться
несвойственные для нее вещества и физические агенты, генерируемые
объектами техносферы, которые нарушают практически все экологические
законы. С помощью технических средств, технологических процессов
человек непрерывно потребительски эксплуатирует природные ресурсы,
приводя к исчезновению отдельных видов живых организмов и целых
экосистем.
В современных условиях, когда по мнению В. И. Вернадского,
человеческая деятельность превратилась в мощную преобразующую Землю
силу, сопоставимую с геологическими процессами, в качестве одной из
глобальных проблем выделяют так называемую экологическую проблему,
связанную с истощением природных ресурсов, ухудшением качества
окружающей среды в результате индустриализации и урбанизации общества,
ростом численности населения и др. В наши дни особое значение приобрела
экология
природопользования
–
научно-техническое
направление,
разрабатывающее конкретные управленческие, юридические, экономические,
технологические и другие решения, улучшающие экологические параметры
производственной и иной деятельности. В зависимости от того, для какой
области разрабатывают решения, экологию природопользования подразделяют
на промышленную, сельскохозяйственную, промысловую (рыболовство, охота)
и экологию быта.
В промышленной экологии решения, улучшающие экологические
параметры производственной и иной деятельности, разрабатывают для
конкретного пространства, так называемой окружающей среды.
Окружающая среда – это совокупность среды обитания и
деятельности человека, совместно и непосредственно оказывающие влияние
на жизнь, здоровье человека и его потомков. Для жизнедеятельности
человека и всех других живых организмов, а также функционирования
природных объектов и других составляющих большое значение имеет
состояние окружающей среды – а именно физические, химические,
7
биологические и иные показатели и/или их совокупность – то есть качество
окружающей среды.
Если состояние окружающей среды соответствует установленным в
законодательстве об окружающей среде критериям, стандартам и
нормативам, то ее называют благоприятной окружающей средой.
Право на благоприятную окружающую среду – одно из основных и
фундаментальных
субъективных
прав
человека
и
гражданина,
затрагивающих основы его жизнедеятельности, связанные с поддержанием
нормальных экологических, экономических, эстетических и иных условий
его жизни.
Наряду с термином «окружающая среда» в данной работе
используются как синонимы близкие по смыслу понятия, такие как:
окружающая природная среда – это совокупность чисто природных и
измененных деятельностью человека элементов естественной (природной)
среды, оказывающих непосредственное или опосредованное воздействие на
человека;
природная среда (природа) – это совокупность:
компонентов природной среды – составных частей экосистем, к которым
относятся атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, недра, почвы,
растительный и животный мир;
природных объектов – естественных экологических систем, природных
ландшафтов и их элементов, сохранившие свои природные свойства;
природно-антропогенных объектов – природных объектов, измененных
в результате хозяйственной и иной деятельности, и/или объектов, созданных
человеком, обладающих свойствами природных объектов и имеющих
рекреационное и защитное значение;
объективно существующую часть природной среды, которая имеет
пространственно-территориальные границы, и в которой ее живые
(растительный, животный мир и микроорганизмы), а также неживые элементы
(горные породы, неорганические соединения и др.) взаимодействуют, как
единое функциональное целое и связаны между собой обменом веществом и
энергией называют естественной экологической системой;
среда обитания – это любая совокупность объектов, веществ, энергий,
явлений, с которыми человек находится в прямых или косвенных
взаимоотношениях, т. е. в данном случае среда обитания – это внутреннее
пространство помещения, где находится человек, и пространство вокруг этого
помещения.
Человек в процессе жизнедеятельности воздействует на природную
среду и использует ее компоненты и природные ресурсы.
Природные ресурсы – это компоненты природы (тела, явления и
процессы), используемые как в настоящее время, так и в будущем для
удовлетворения материальных, духовных и эстетических потребностей
общества. Удовлетворение потребностей общества в компонентах природы
означает ее использование. Все природные ресурсы используются прямым и
косвенным путем. Обычно прямым называют использование ресурсов как
источников сырья и энергии, места выброса, сброса, размещения отходов
производства и потребления и др. Кроме прямого использования природных
ресурсов общество непрерывно осуществляет и косвенное их использование.
Например, через получаемую древесину используются энергия солнечных
лучей, углекислота атмосферы, вода, ряд химических веществ из почвы.
8
Результатом деятельности человека является продукция, которая
может включать услуги, оборудование, перерабатываемые материалы,
вещества, программное обеспечение или комбинацию из них. Продукция
может быть материальной (например, узлы или перерабатываемые
материалы), нематериальной (например, информация или понятия) или
комбинацией из них. Продукция может быть намеренной (например,
предложение потребителям) или ненамеренной (например, негативное
воздействие на окружающую среду).
Любая продукция характеризуется определенным жизненным циклом
– последовательностью этапов (рис. 1) в системе ее проектирования,
производства и потребления, от сырья или природных ресурсов до ее
использования, консервации, ликвидации или утилизации.
На каждом из этапов жизненного цикла продукции: проектирования;
производства; поставки, транспортирования, хранения; использования;
консервации, утилизации или ликвидации она оказывает негативное
воздействие на окружающую среду, то есть такое воздействие
производственной и иной деятельности, последствия которой приводят к
изменениям качества окружающей среды. К негативному воздействию на
этапах жизненного цикла продукции относятся:
выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ и иных
веществ;
сбросы загрязняющих веществ, иных веществ и микроорганизмов в
поверхностные водные объекты, подземные водные объекты и на
водосборные площади;
загрязнение недр, почв, земель;
размещение отходов производства и потребления;
загрязнение окружающей среды шумом, теплом, электромагнитными,
ионизирующими и другими видами физических воздействий;
иные виды негативного воздействия на окружающую среду.
Воздействие продукции, которое приводит к значительным, как
правило, необратимым изменениям в окружающей среде, и оказывает
негативное воздействие на жизнь и здоровье человека, называют
экологически вредным воздействием.
По результатам воздействия на окружающую среду, жизнь и здоровье
человека продукцию подразделяют:
на экологически безопасную – продукцию, не содержащую токсичных
и других веществ в дозах, влияющих на биологические процессы в
окружающей природной среде, жизнь и здоровье человека;
вредную для окружающей среды – продукцию, которая на каком-либо
этапе ее жизненного цикла способна оказать вредное (превышающее
нормативно допустимое) воздействие на окружающую среду в случае
нарушения экологических требований стандарта, по которому она
произведена;
экологически опасную – продукцию (например, топливо, бензин, красители,
озоноразрушающие вещества, двигатели внутреннего сгорания и др.),
содержащую токсичные и другие вещества в дозах, влияющих на биологические
процессы в окружающей природной среде, жизнь и здоровье человека.
Экологически опасную продукцию включают в Номенклатуру опасной в
экологическом
отношении
продукции,
подлежащей
обязательной
сертификации. В этом случае в стандарт на эту продукцию включают
9
необходимые экологические требования – обязательные условия,
ограничения или их совокупность, установленные законами, нормативами,
другими нормативными правовыми актами, государственными стандартами
и иными нормативными документами в области природоохранной
деятельности.
Основные аспекты охраны окружающей среды
Основной целью государственной политики по охране окружающей
среды является сохранение и восстановление природно-ресурсного
потенциала страны при удовлетворении потребностей экономического
развития общества и охраны здоровья людей.
Проблема защиты природной среды тесно связана с политикой,
идеологией, экономикой и социальной сферой, что вызывает необходимость
рассмотрения данной проблемы в различных аспектах: социальнополитическом,
правовом,
социально-гигиеническом,
техникотехнологическом и эколого-экономическом.
Социально-политический аспект связан с решением проблемы
охраны природы в масштабах всего человечества при наличии разных
социальных систем. Возникновение социально-политической проблемы
создания и внедрения в глобальном масштабе природоохранных мер по
предотвращению истощения ресурсов и загрязнения среды обусловлено
объективными факторами.
Во-первых, в связи с неделимостью биосферы загрязнение природной
среды невозможно удержать в территориальных границах страны, в которой
это происходит. Во-вторых, каким бы мощным экономическим и научнотехническим потенциалом ни обладала отдельная страна, она не может
полностью решить такую сложную и многогранную проблему, поэтому
потребовалось принятие необходимых мер не только на национальном, но и
на международном уровне.
Правовой аспект охраны окружающей среды можно сформулировать
как установленную законом систему мер, направленных на охрану
окружающей среды и рациональное использование, восстановление и
умножение природных богатств. Устанавливая такую систему мер, закон
регулирует общественные отношения в области охраны природы, в
результате чего возникает совокупность природоохранных правоотношений.
Правовая основа охраны природы в России базируется на ряде
принципов, среди которых можно выделить наиболее важные:
природные ресурсы составляют государственную собственность и
предоставляются только в пользование; охране
подлежат все
объекты природы (как
10
Основные стадии жизненного цикла изделия (продукции)
ПОЯВЛЕНИЕ ОТХОДОВ И СБРОСОВ
Макулатура, остатки опытных образцов изделий, материалы, сбросы
Технологические отходы, сбросы и отбракованная продукция
Потери при транспортировании, тара, упаковка
Потери при хранении, эксплуатации
Детали, материалы
(брак)
Разработка
изделия
Производство
продукции
Реализация
продукции
Эксплуатация
продукции
Ремонт
изделий
Запчасти
I. ТЕХНОГЕННАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ
Вторичные изделия
Сертифицированные материалы, изделия
Вторичные сырье, материалы, изделия, энергоресурсы
Вторичные ресурсы, сырье, материалы, с новыми свойствами
II. ВИТА-ЭКООПАСНАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ
Удаление опасных отходов путем захоронения, уничтожения, вывоза
и/или обезвреживания в земле, в различных средах, в космосе
Рис. 1. Основные стадии жизненного цикла продукции
5
Ликвидация
отходов I, II
вовлеченные в хозяйственный оборот, так и неэксплуатируемые);
рациональное использование
природных ресурсов;
контроль
за
рациональным использованием природных ресурсов и охраной природы;
ответственность за несоблюдение законодательства об охране природы и др.
Социально-гигиенический аспект охраны окружающей природной
среды в нашей стране отражает принцип приоритета в охране здоровья и
сохранения благоприятных гигиенических условий жизни населения. Для
осуществления мероприятий по оздоровлению окружающей среды
требуется разработка количественных санитарно-гигиенических показателей
состояния качества окружающей среды, критерия безвредности,
обеспечивающих оптимальные условия жизнедеятельности человека.
Технико-технологический аспект охраны природы предполагает
организацию производства по принципу безотходности.
Современная технико-технологическая база промышленности не
позволяет осуществлять глубокую очистку воды и воздуха, используемых
предприятиями, ввиду исключительной дороговизны этого мероприятия.
Разработка новых технологических процессов, на основе которых может
быть создано безотходное производство, обеспечит не только высокие
технико-экономические показатели, но и комплексное использование
природных ресурсов. Однако по техническим и экономическим причинам
переход к безотходной технологии сразу осуществить невозможно. Реальный
путь экологизации технологии — это постепенный переход сначала к
малоотходным, а затем к безотходным замкнутым циклам. Тем самым
могут быть достигнуты рациональное природопользование и охрана
окружающей среды.
Эколого-экономический аспект охраны природы стал формироваться
относительно недавно. Возникновение и развитие этого аспекта
обусловлены бурным ростом производства и научно-технической
революцией. Первоначально охрана природы развивалась в основном как
биологическая область знания, преследующая цель «охранять живую
природу». В период научно-технической революции, когда масштабы
преобразовательной деятельности людей неизмеримо возросли, изменения
природного равновесия стали существенно отражаться на развитии
народного хозяйства (вследствие недостаточного учета экологического
1
фактора), и проблема охраны природы приобрела
также
большое
экономическое значение.
Современные темпы экономического развития обострили проблему
ограниченности природных ресурсов, в связи с чем возникла необходимость
учета экологических требований к экономике. Следует подчеркнуть, что
само экономическое развитие внутренне противоречиво: с одной стороны,
оно порождает ряд острых экологических проблем, а с другой – в самом
экономическом развитии заложена основа для устранения этих
противоречий. Раскрыть природу этих противоречий - значит понять связь
двух систем: общественного производства и окружающей среды. При этом
необходимо помнить, что в системе «экономика – окружающая среда» не
может быть отдано предпочтение ни первому, ни второму компоненту.
Необходимо обеспечить такое взаимодействие, при котором высокие темпы
расширенного воспроизводства, экономического роста и повышения
народного благосостояния сочетались бы не только с сохранением, но и непрерывным улучшением и развитием как отдельных компонентов, так и
всей окружающей среды.
Сегодня основной стратегической линией в научной и хозяйственной
деятельности людей должна стать формула: понять, чтобы предвидеть;
предвидеть, чтобы рационально использовать.
В перспективе ожидается не ослабление, а усиление антропогенного
давления на природу, увеличение влияния человека на окружающую среду.
Но существует надежда, что негативные результаты антропогенных
воздействий, которые обедняют природу и наносят ей ущерб, будут все
больше заменяться сознательными и рациональными действиями,
направленными на ее улучшение.
До последнего времени представление о безграничности наших
природных богатств порождало их нерациональное использование, а также
примиренческое отношение к фактам загрязнения окружающей среды.
Вопросы охраны природы считались второстепенными. Для ликвидации
конфликта между природой и хозяйственной деятельностью человека
необходимо перейти к принципиально иной форме связи общества и
природы – замкнутой системе или рациональному типу природопользования.
Для решения задач по вышеперечисленным направлениям
природоохранной политики необходимо иметь соответствующую программу
действия, правовую, экономическую и информационную основу, а также
2
социально-психологическую направленность воспитания у людей бережного
отношения к окружающей среде.
Всю совокупность организмов на планете В.И. Вернадский назвал
живым веществом, рассматривая в качестве основных характеристик
суммарную массу, химический состав и энергию. В состав биосферы кроме
живого вещества (растительного, животного и микроорганизмов) входят
биогенное вещество (продукты жизнедеятельности живых организмов –
каменный уголь, битумы, нефть), биокосное вещество (продукты распада и
переработки горных и осадочных пород живыми организмами – почвы, кора
выветривания, все природные воды, свойства которых зависят от
деятельности на Земле живого вещества) и, наконец, косное вещество –
совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых, как считается,
живые организмы не участвуют (горные породы магматического,
неорганического происхождения, вода, космическая пыль, метеориты).
Следовательно, биосфера – это та область Земли, которая охвачена
влиянием живого вещества. С современных позиций биосферу
рассматривают как наиболее крупную, глобальную экосистему,
поддерживающую планетарный круговорот веществ.
Современная жизнь распространена в верхней части земной коры
(литосфере), в нижних слоях воздушной оболочки Земли (атмосфере) и в
водной оболочке Земли (гидросфере).
Концентрация и активность жизни особенно велики у поверхности
Земли. Водоемы заселены по всей толще, со сгущениями у поверхности и у
дна. Выделяются своим богатством прибрежные и мелководные участки. На
суше более 90% живого вещества, или биомассы, сосредоточено в слое на
несколько метров вглубь и на несколько десятков метро (высокое дерево)
вверх от поверхности. Следовательно, жизнь сосредоточена в тончайшей
пленке планеты, где и протекают главные процессы взаимодействия живой и
неживой (косной) природы. Этот тонкий деятельный слой нередко называют
биогеосферой, биогеоценотическим покровом, ландшафтной оболочкой.
Места наибольшей концентрации организмов в биосфере В.И. Вернадский
назвал «пленками жизни».
Чтобы биосфера продолжала существовать и на Земле не прекращалось
развитие жизни, должны происходить непрерывные химические
превращения ее живого вещества. Иными словами, вещества после
использования одними организмами должны переходить в усвояемую для
других организмов форму. Такая циклическая миграция веществ и
химических элементов может осуществляться только при определенных
затратах энергии, источником которой является Солнце. Академик В.Р.
Вильямс указывал, что единственный способ придать чему-то конечному
свойства бесконечного – это заставить конечное вращаться по замкнутой
кривой, т.е. вовлечь его в круговорот.
3
Круговорот веществ – это многократное участие веществ в процессах,
протекающих в атмосфере, гидросфере, литосфере, в том числе и их слоях,
которые входят в биосферу планеты. При этом выделяют два основных
круговорота: большой (геологический) и малый (биогенный и
биохимический).
Большой круговорот длится сотни миллионов лет. Горные породы
подвергаются разрушению, выветриванию, а продукты выветривания, в том
числе растворимые в воде питательные вещества, сносятся потоками воды в
Мировой океан. Здесь они образуют морские напластования и лишь частично
возвращаются на сушу с осадками, с извлеченными человеком из воды
организмами. Крупные, но медленно протекающие геотектонические
изменения (опускание материков и поднятие морского дна, перемещение
морей и океанов) приводят к тому, что эти напластования возвращаются на
сушу и процесс повторяется. Границы геологического круговорота
значительно шире границ биосферы, его амплитуда захватывает слои земной
коры далеко за пределами биосферы. И, самое главное, − в процессах
указанного круговорота живые организмы играют второстепенную роль.
Напротив, биологический круговорот вещества проходит в границах
обитаемой биосферы и воплощает в себе уникальные свойства живого
вещества планеты. Будучи частью большого, малый круговорот
осуществляется на уровне биогеоценоза, он заключается в том, что
питательные вещества почвы, вода, углерод аккумулируются в веществе
растений, расходуются на построение тела и жизненные процессы как их
самих, так и организмов-консументов. Продукты разложения органического
вещества почвенной микрофлорой и мезофауной (бактерии, грибы,
моллюски, черви, насекомые, простейшие и др.) вновь разлагаются до
минеральных компонентов, опять-таки доступных растениям и поэтому
вновь вовлекаемых ими в поток вещества.
Круговорот химических веществ из неорганической среды через
растительные и животные организмы обратно в неорганическую среду с
использованием энергии Солнца и химических реакций называется
биогеохимическим циклом. Его часто называют большим биосферным
кругом,
имея
в
виду
безостановочный
планетарный
процесс
перераспределения вещества, энергии и информации, многократно входящих
в непрерывно обновляющиеся экологические системы биосферы.
Биогеохимические круговороты в биосфере подразделяют на: 1)
круговорот газового типа с резервным фондом веществ в атмосфере или
гидросфере (азота, кислорода, диоксида углерода, водяных паров) и 2)
круговорот осадочного типа с менее обширными резервуарами в земной
коре (фосфора, кальция, железа).
Круговорот воды. Постоянный перенос воды происходит с одного
места в другое в масштабе всей планеты, главным образом между океаном и
сушей. Он осуществляется в основном непосредственно за счет энергии
4
Солнца, однако живые организмы оказывают на него важное регулирующее
воздействие. В процессе переноса воды часто происходит изменение
агрегатного состояния последней (превращение жидкой воды в твердую,
парообразную и наоборот), что позволяет поддерживать равновесие между
суммарным испарением и выпадением осадков на планете.
Испаряясь, вода с содержащимися в ней некоторыми веществами
воздушными течениями переносится на десятки, сотни и тысячи километров.
Выпадая в виде осадков, она способствует разрушению горных пород, делает
их минералы доступными для растений и микроорганизмов, размывает
верхний слой, после чего уходит вместе с растворенными частицами в
океаны и моря. Подсчитано, что с поверхности Земли только за 1 минуту
испаряется около одного миллиарда тонн воды и столько же выпадает
обратно в виде осадков.
Общий объем воды, поступающей из атмосферы на поверхность Земли,
составляет за год около 500 тыс. км³ и таково же количество испаряющей
воды. При этом на континентах выпадает за год 109 тыс. км³, а испаряется 72
тыс. км ³. Разница в 37 тыс. км³ и есть значение полного поверхностного
речного стока.
Круговорот углерода гораздо в большей степени, чем круговорот воды,
зависит от деятельности живых организмов. Диоксид углерода атмосферы
ассимилируется наземными растениями в ходе фотосинтеза и включается в
состав органических веществ. В процессе дыхания растений, животных и
микроорганизмов углерод, содержащийся в организме, вновь переходит в
атмосферу в виде СО2. Эти два процесса полностью уравновешены: лишь
около 1% углерода, усвоенного растениями, откладывается в виде торфа и
удаляется из круговорота.
Удивительный факт: всего за 7 – 8 лет живые организмы пропускают
через свои тела весь углерод, содержащийся в атмосфере. Подсчитано, что
все зеленые растения Земли ежегодно извлекают из атмосферы до 300 млрд т
диоксида углерода (86 млрд т углерода). При этом годичный круговорот
массы углерода на суше определяется как массой составляющих его звеньев
биосферы, так количеством углерода, захватываемого каждым звеном.
Круговорот
кислорода
является
планетарным
процессом,
связывающим атмосферу и гидросферу с земной корой. Основными
узловыми звеньями его являются: образование свободного кислорода при
фотосинтезе, последующие затраты на дыхание, протекание реакций
окисления органических остатков и неорганических веществ (например,
сжигание топлива) и других химических преобразований. Они способствуют
образованию таких окислительных соединений, как диоксид углерода, вода,
после чего указанные вещества вовлекаются в новый цикл
фотосинтетических превращений. Подсчитано, что весь кислород атмосферы
проходит через живое вещество Земли за 2 тысячи лет.
5
Круговорот кислорода есть ярко выраженная активная геохимическая
деятельность живого вещества, его ведущая роль в этом циклическом
процессе. Ежегодное продуцирование кислорода земной растительность
планеты составляет около 300 ⋅ 109 т. При этом почти 3/4 этого количества
выделяется растительностью суши и лишь немногим более четверти –
фотосинтезирующими организмами Мирового океана.
Помимо вышеупомянутых основных элементов, которые принимают
участие в биологическом круговороте веществ, важную роль играют также
азот, калий, фосфор, сера, натрий и некоторые другие элементы, входящие в
состав питания растений. В той или иной степени все элементы таблицы
Д.И. Менделеева вовлечены в биологический круговорот.
Контрольные вопросы к лекции 2
1. Что такое техносфера?
2. Дайте определение «окружающая среда» и «окружающая природная
среда».
3. Перечислите основные аспекты охраны окружающей среды.
4. Объясните сущность составляющих биосферу биогенное вещество,
биокосное вещество и косное вещество.
5. Что называют биогеохимическим циклом?
6. Биогеохимические круговороты в биосфере, их виды и значение.
6
Лекция
окружающей
3.
Причины
разрушения
биосферы.
Загрязнение
Основными факторами, т. е. движущей силой негативного воздействия
на окружающую среду, являются:
потребление природных ресурсов;
демографический «взрыв»;
урбанизация;
научно-технический прогресс;
интенсификация сельского хозяйства;
гонка вооружений, военные конфликты;
законодательно-правовые, финансовые и другие проблемы охраны
окружающей среды.
Рассмотрим факторы негативного воздействия более подробно.
В процессе общественного производства человек непрерывно
воздействовал на природную и окружающую его среду и использовал их в
своих целях. Отрицательные последствия воздействия развивающегося
общества на природную среду приводят к истощению природных ресурсов
из-за возрастающего объема их потребления, к загрязнению ее отходами
хозяйственной деятельности, экологически необоснованным изменениям
окружающей среды, отрицательному влиянию на здоровье людей.
Природные ресурсы подразделяют на невозобновляющиеся и
возобновляющиеся. К невозобновляющимся ресурсам относят все
минеральные ресурсы (полезные ископаемые): руды, каменный уголь, нефть,
газ, строительные материалы и др. Возрастающие масштабы использования
этих ресурсов ведет к их истощению.
Возобновляющимися ресурсами являются: воздух, вода, почва,
растительный и животный мир и др. Эти ресурсы по мере использования
могут со временем восстанавливаться.
Полезные ископаемые.
К основным источникам энергии, используемым человеком, относятся:
тепловая и атомная энергии, гидроэнергия. Тепловую энергию получают при
сжигании древесины, торфа, угля, нефти и газа. Уголь, нефть и газ являются
невозобновляемыми природными ресурсами, запасы их ограничены. В
настоящее время предполагается, что к 2020–2025 гг. нефти на Земле
практически не останется.
Газа на планете значительно больше, чем нефти. Мировые запасы газа
оцениваются приблизительно в 350 трлн. м3 (разведанных около 136 трлн.
м3). При прогнозируемом на 2010 г. мировом потреблении 3,5 трлн. м3 газа в
год разведанные запасы иссякнут через 40 лет. В России природного газа
больше, чем в других странах, а разведанные запасы составляют около 149
трлн. м3.
Каменного угля на Земле гораздо больше, чем нефти и газа. По оценкам
специалистов, его запасов хватит на сотни лет. Однако каменный уголь
является экологически грязным топливом, при сжигании которого образуется
7
много золы, серы, вредных металлов. Получение жидкого топлива из
каменного угля в настоящее время экономически нецелесообразно. Кроме
того, теплотворная способность угля ниже, чем нефти и газа, а его добыча
значительно дороже, поэтому многие угольные шахты закрываются из-за
сложности добычи угля и нерентабельности их. Скорее всего, в ближайшем
будущем реальным источником энергии станет атомная энергетика. Она
становится вне конкуренции с экологической точки зрения и с учетом
истощения источников получения тепла при условии организации
безопасной эксплуатации АЭС.
Добыча разных ископаемых остается на высоком уровне. Ежегодно из
недр Земли их извлекается до 100 млрд. тонн. При этом выплавляется 800
млн. тонн различных металлов, производится более 60 млн. тонн не
существующих в природе синтетических материалов. В настоящее время
открываются новые запасы различных месторождений и, прежде всего, в
трудно доступных районах, на дне морей и океанов. Все это может быть
сопряжено с большими затратами и необходимостью использования новых
технологий. В конечном итоге выдвигается проблема рациональной добычи
и комплексного использования минеральных ресурсов на основе
безотходных технологических процессов.
Лесные ресурсы.
Леса относятся к возобновляемым ресурсам. После вырубки под
действием естественных сил природы они восстанавливаются, однако этот
процесс происходит медленно.
В связи с непрерывно растущими потребностями в древесине
увеличивают объемы вырубок леса. При ежегодном проведении
восстановительных работ – посадке новых лесов, площади лесов
сокращаются. Огромный ущерб лесным ресурсам наносят лесные пожары и
безлицензионная вырубка леса.
Сокращение площади лесов приводит к усилению паводков,
возникновению селевых потоков, обмелению в летний период рек, эрозии
почв, изменению климата.
За последние 50 лет при участии человека истреблено две трети
покрывающих Землю лесов. Дождевые тропические леса называют
«Зелеными легкими планеты». Они являются важнейшими поставщиками
кислорода в атмосферу. Проблема заключается в том, что эти леса
уничтожены уже на 40 %.
В течение последнего десятилетия темпы уничтожения лесов возросли на 90
% и составляют в среднем 1,8 % в год. Наибольшие потери понесли
Бразилия, Мексика, Индия, Таиланд и др. По этой причине количество
кислорода в атмосфере уменьшается ежегодно на 10–12 млрд. т, а
содержание углекислого газа возросло на 10–12 % по сравнению с серединой
прошлого века
В последние годы были приняты важные решения по проблемам
8
сохранения лесных ресурсов и обеспечения устойчивого развития лесного
хозяйства во всех климатических зонах мира.
Дефицит воды. Многие ученые связывают его с непрерывным в
последнее десятилетие повышением температуры воздуха из-за роста
содержания в атмосфере углекислого газа. Нетрудно протянуть цепочку, где
одна проблема вызывает другую: большое энерговыделение (решение
энергетической проблемы) – парниковый эффект – нехватка воды –
недостаток пищи (неурожаи). За последние 100 лет температура возросла на
0,6 С°. В 1995–1998 гг. наблюдался особенно большой ее рост. Углекислый
газ, метан и некоторые другие газы поглощают тепловое излучение и
усиливают парниковый эффект.
Еще более важный фактор – резкое увеличение расхода воды на
промышленные и бытовые цели. В некоторых районах Индии, Китая, США
уровень подземных вод в последние годы из-за этого заметно понизился. В
отдельных местах для полива приходится использовать уже не дождевые, а
глубоко залегающие ископаемые воды.
Одна из величайших рек Китая, Хуанхэ, уже не доходит, как прежде, до
Желтого моря, за исключением отдельных наиболее влажных годов. Крупная
река Колорадо в США далеко не каждый год добирается до Тихого океана.
Амударья и Сырдарья давно уже не впадают в Аральское море, которое из-за
этого почти пересохло. Нехватка воды резко ухудшила экологическую
обстановку во многих регионах и вызвала продовольственный кризис.
Опустынивание. Так называется совокупность природных и
антропогенных процессов, приводящих к разрушению (нарушению)
равновесия в экосистемах и к деградации всех форм органической жизни на
конкретной территории. Опустынивание происходит во всех природных
зонах мира.
Главная причина современного роста опустынивания в различных
странах мира – несоответствие сложившейся структуры использования
природных ресурсов с потенциальными природными возможностями
данного ландшафта, рост народонаселения, увеличение антропогенных
нагрузок, несовершенство социально-экономического устройства ряда стран.
По данным ЮНЕП, сейчас пустынями антропогенного происхождения
занято более 9 млн. км2, и ежегодно выбывает из продуктивного
использования до 7 млн. га земель.
Демографический «взрыв» – это чрезвычайно быстрый рост
народонасления на земном шаре. Первый глобальный демографический
«взрыв» был связан с аграрной цивилизацией: население на плодородных
землях в бассейнах рек Нила, Тигра, Евфрата, а также в Индии, Древнем
Китае, Перу за 1–2 тыс. лет увеличилось в 100 раз.
К началу нашей эры население Земли составляло 300 млн. чел., но далее
оно стало увеличиваться более интенсивно. На увеличение численности с
одного до двух миллиардов человечеству понадобилось 100 лет (с 1830 по1930
годы), до трех миллиардов население возросло уже за 30 лет (с 1930 по 1960
9
годы), на четвертый миллиард потребовалось всего лишь 15 лет (1960–1975
годы), на пятый – 12 лет. В 2000 году численность населения планеты составила
6 млрд. чел.
Темп прироста населения сегодня составляет 100 млн. чел. в год. Как
известно, для пропитания одного человека требуется в среднем 0,3 га пахотной
земли, а для его жизнедеятельности (размещения, жизни, работы и отдыха)
дополнительно необходимо 0,1 га земли. Таким образом, ежегодно для
обустройства 100 млн. человек требуется 30 млн. га новых пахотных земель и 10
млн. га для размещения жилья (среды обитания).
При существующих темпах прироста населения самое главное
ограничение, с которым может, прежде всего, столкнуться человечество и
которое таит в себе опасность экологического кризиса всепланетного
масштаба – это ограниченность ресурсов (земельных, водных,
продовольственных и др.).
Урбанизация (от латинского urbs – город) – это исторический процесс
повышения роли городов в развитии общества, который охватывает
социально-профессиональную, демографическую структуру населения, его
образ жизни, культуру, размещение производительных сил и др.
Сформировавшиеся в результате строительной деятельности человека
здания,
сооружения,
урбанизированные
территории
существенно
преобразуют естественные природные системы и их компоненты (рельеф,
почвы, воду, воздух, растительный и животный мир), в итоге зачастую
создаются неблагоприятные условия как для окружающей среды, так и для
жизни самого человека.
Отличие урбанизированных территорий от природного окружения
заключается, прежде всего, в следующем:
нивелирование естественного природного рельефа в результате
стремления человека получить оптимальные уклоны дорог, улиц, площадей и
других территорий;
изменение воздушных потоков в результате возведения зданий и
сооружений;
изменение естественного водного режима в результате устройства
фундаментов, подземных инженерных сооружений, регулирования рек и
водоемов в черте города, застройки и благоустройства территорий, в том
числе организации поверхностного стока;
резкое сокращение и изменение растительного покрова городских
территорий. Расширение декоративных посадок при этом не может
компенсировать потерю естественных насаждений;
энергетические воздействия, а также газовое и тепловое загрязнение
окружающей среды.
Особенно значительное загрязнение окружающей среды характерно
для промышленных центров, потребляющих значительное количество
природных ресурсов и выбрасывающих в атмосферу газ, дым и пыль, а на
поверхность земли – сточные воды, промышленные и бытовые отходы.
Современный промышленный город с населением в 1 млн. чел. потребляет
в сутки:
воды
625 тыс. м3
пищевых продуктов
2 тыс. т
10
угля
4 тыс. т
нефти
2,8 тыс. т
газа
2700 тыс. т
автомобильного топлива
1000 т
В результате переработки в окружающую среду поступает:
сточных вод
500 тыс. м3
твердых отходов
2 тыс. т
аэрозолей
150 т
окислов серы
150 т
окислов азота
150 т
окислов углерода
450 т
углеводородов
100 т
Загрязнения рассеиваются и распространяются на высоту 2–2,5 км, в
радиусе 50 км и более и на глубину 4 км. В городах повышается температура
воздуха, образуются несвойственные для окружающей природной среды
смог, кислотные туманы, осадки и др.
Научно-технический прогресс как позитивный фактор способствует
достижению высокого материального и духовного благосостояния общества,
мощному ускорению социального прогресса, однако он выступает и как
фактор, который ведет к развитию противоречий между ростом масштабов и
темпов производственной и иной деятельности человека и окружающей
природной средой.
Негативное воздействие на окружающую среду прежде всего связано с
энергетическим комплексом. Эволюция развития энергетики прошла путь от
использования человечеством мускульной силы людей и животных до
использования энергии ветра, пара, водных объектов, атома и процессов
горения.
Предприятия,
получающие
электроэнергию
при
сжигании
органического топлива (угля, мазута и природного газа), называют
тепловыми
электростанциями.
При
производстве
электроэнергии
вырабатывается значительное количество теплоты, поэтому электростанции,
расположенные вблизи городов и производственных предприятий,
используют еще и для получения тепла. Электрическая энергия
теплоэлектроцетралей (ТЭЦ) подается в электросеть, а тепловая – в
теплопроводы.
При эксплуатации оборудования ТЭЦ образуются сточные воды,
загрязненные нефтепродуктами и другими веществами, сброс которых в
водоемы без соответствующей очистки вызывает их химическое загрязнение.
Твердые продукты горения (шлак и зола) вывозят в золошлакоотвалы
(ЗШО), негативное воздействие которых на окружающую среду заключается
в следующем:
изъятие из сельскохозяйственного оборота плодородных земель;
загрязнение почв и поверхностных вод, контактирующих с ЗШО;
сезонное «пыление» ЗШО;
формирование в ходе эксплуатации ЗШО техногенного горизонта
грунтовой воды.
11
Гидроэлектрическая станция (ГЭС) – это электростанция,
преобразующая механическую энергию потока воды в электрическую с
помощью гидравлических турбин, приводящих во вращение генераторы,
вырабатывающие электрический ток. ГЭС вырабатывают почти 20 % всей
электроэнергии мира, однако большинство перспективных мест для
строительства ГЭС в развитых странах уже освоено.
Выработка электроэнергии гидроэлектростанциями не сопровождается
загрязнением атмосферного воздуха вредными газами, но экологические
последствия строительства и эксплуатации ГЭС также значительны и
заключаются:
в отчуждении и затоплении обширных территорий земной
поверхности, и существенных изменениях гидрометеорологических условий;
значительном увеличении уровня грунтовых вод по сравнению с
обычным уровнем для данной местности, что обусловлено значительной
массой воды, концентрирующейся в водохранилищах. Это отрицательно
сказывается на флоре и фауне, повышает атмосферную влажность, что
особенно опасно для предгорных и горных районов, где она и так высока;
повышении сейсмичности районов в горной местности;
повреждении биомассы воды гидротурбинами, непосредственно
взаимодействующими с водой, протекающей через них;
прекращение хода рыбы в верховья рек, нарушение нерестилищ.
Эффективные устройства, позволяющие прохождение рыбы через плотины
гидроузлов, не созданы до сих пор.
Атомная электростанция (АЭС) – это электростанция, на которой
энергия ядерного топлива преобразуется в электрическую. Генератором
энергии на АЭС является атомный (или ядерный) реактор. Теплоту,
выделяющуюся в нем в результате цепной реакции деления ядер некоторых
тяжелых элементов, используют для получения водяного пара, вращающего
турбогенератор, который вырабатывает электрический ток. Топливом для
атомного реактора являются обогащенные уран или плутоний, получаемые
из руд. Установлено, что мировые энергетические ресурса ядерного
горючего существенно превышают энергоресурсы природных запасов
органического топлива (нефть, уголь, газ природный и др.). АЭС являются
источниками поступления в окружающую среду:
газообразных и частично аэрозольных выбросов (марганец-54,
стронций-90, йод-131, углерод-14 и др.);
жидких отходов;
твердых радиоактивных отходов (фильтры для очистки воды и воздуха,
детали оборудования реактора, снятые с эксплуатации, ветошь, спецодежда
бумага и др.).
Кроме того, АЭС являются потенциально ядерно-опасными объектами
и таят в себе угрозу выброса радионуклидов с заражением обширных
территорий в случае возникновения на них аварий.
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – это тепловой двигатель, в
котором часть химической энергии топлива, сгорающего в рабочей полости,
преобразуется в механическую энергию. ДВС используют в наземных
(автомобильный транспорт, подъемно-транспортные, строительно-дорожные
12
машины и др.), водных, воздушных транспортных средствах. Наибольший рост
сжигания топлива в мире отмечается для автомобильного транспорта: так, в 1950
г. эксплуатировалось 66,5 млн. автомобилей, в 1975 г. – 250 млн., в 1977 г. – 280
млн., а на 1 января 1996 г. – уже 622 млн. автомобилей. По прогнозам, темпы
автомобилизации еще более возрастут к 2007 г., когда мировой парк автомобилей
составит 1 млрд. 200 млн. единиц. На сегодня суммарная мощность мирового
парка автомобилей примерно в 10 раз больше мощности всех работающих
электростанций, а количество вырабатываемой ими энергии составляет до 33 %
общего ее количества.
Топливом для ДВС служат продукты переработки сырой нефти –
бензин, керосин, дизельное топливо. Для повышения октанового числа в
бензин добавляют тетраэтилсвинец (С2Н5)4Рb, что повышает опасность
выбросов свинца. Выработка энергии ДВС сопровождается значительным
загрязнением воздушной среды выхлопными газами, содержащими около
200 компонентов, многие из которых токсичны (оксид углерода СО,
углеводороды СпНм, оксиды азота NOX, сажа, бензпирен и др.).
Отработавшие газы ДВС, продукты износа механических частей и
покрышек автомобиля, а также дорожного покрытия составляют более половины
атмосферных выбросов антропогенного происхождения в жилой застройке
населенных пунктов.
Нефтедобывающая, нефтеперерабатывающая, нефтехимическая
отрасли промышленности. В настоящее время в мире ежегодно добывается
более 4,0 млрд. т сырой нефти, при добыче, транспортировке и переработке
которой теряется более 50 млн. т нефти и нефтепродуктов. В результате
значительные территории суши, а также обширные морские и океанские
акватории загрязняются нефтяными углеводородами.
Нефть считается одним из самых распространенных и самых опасных
загрязняющих веществ, так как около трети ее мирового производства
добывается на континентальном шельфе. Большую опасность представляют
перевозки нефти крупнотоннажными танкерами – нефтевозами.
Общая масса нефтепродуктов, ежегодно попадающих в моря и океаны,
приближенно оценивается в 5–10 млн. т. Сухогрузный и пассажирский
водный транспорт также сбрасывает в водные акватории большое количество
отработанной нефти и нефтепродуктов. В настоящее время почти 100 %
морских судов работает на жидком топливе, причем их мощности возрастают
из года в год. Нефть и нефтепродукты поступают в Мировой океан в
процессе бункеровки топлива, вследствие утечек, при перекачке за борт
Нефтепроводы являются серьезными потенциальными источниками
загрязнения окружающей среды. По крупнейшим нефтепроводам утечка
нефти из трубопроводов, составляет не менее 0,03 % расхода перекачиваемой
по трубопроводу нефти.
Нефтеперерабатывающие заводы, перерабатывающие до 1 млн. т
сырой нефти в год, потребляют не менее 50 тыс. л воды в минуту.
Нефтехимические заводы, размещаемые часто по соседству или на одной
территории с нефтеперерабатывающими заводами, являются активными
источниками загрязнения окружающей среды. По мере того, как возрастает
глубина переработки нефти на этих заводах, увеличивается и количество
13
стоков, которые отличаются более сложным составом и включают
разнообразные токсические соединения, в том числе пропан, бутан, этилен,
фенол, бензол и другие углеводороды трюмных вод, из-за неполного
сгорания топлива и т. п.
Металлургическая и металлообрабатывающая промышленность.
Производство чугуна и стали в нашей стране ежегодно сопровождается
образованием более 70 млн. т металлургических шлаков, из которых
используется немногим более 50%. Только накопление шламов с
содержанием железа около 50% на заводах черной металлургии достигает 20
млн. т/год. В целом производство 1 т стали сопровождается образованием
около 0,4 т твердых отходов, не считая дымовых газов и загрязненных
сточных вод.
Металлургические шлаки представляют собой силикатные системы с
различным содержанием железа. Те же шлаки содержат тяжелые металлы,
мышьяк, сурьму, остатки флотагентов и другие примеси, которые из отвалов и
других накопителей отходов попадают в окружающую среду.
Цветная металлургия. В мире ежегодно выплавляется цветных
металлов приблизительно в 15 раз меньше, чем черных. Однако на 1 т
производимого металла выход шлаков составляет 1–200 т, поэтому их масса
вполне сопоставима с выходом шлаков в черной металлургии.
В отвальных шлаках цветной металлургии обнаруживают значительные массы
ценных компонентов, причем в ряде случаев их содержание выше, чем в
добываемых рудах. Так, в отвалах шлаков на медеплавильных заводах содержится
более 27 млн. т железа, 335 тыс. т меди и 2 млн. т цинка; в шлаковых отвалах
свинцовых заводов – до 3 млн. т железа; более 900 тыс. т цинка, 150 тыс. т
свинца, 70 тыс. т меди. Подобные шлаки должны перерабатываться для
извлечения ценных металлов, но они же являются и опасным источником
загрязнения почв и поверхностных вод тяжелыми металлами.
Цветная металлургия является вторым после теплоэнергетики
загрязнителем окружающей среды диоксидом серы. В процессе обжига и
переработки сульфидных руд цинка, меди, свинца и некоторых других
металлов в атмосферу поступают газы, содержащие 4–10 % SO2 (такое
количество SO2 достаточно для организации производства серной кислоты).
Химическая
промышленность.
Предприятия
химической
промышленности являются источниками разнообразных и токсичных стоков
и выбросов в окружающую среду, к которым в первую очередь следует
отнести органические растворители, амины, альдегиды, хлор и его
производные, оксиды азота, циановодород, фториды, сернистые соединения
(диоксид серы, сероводород, сероуглерод), металлоорганические соединения,
соединения фосфора, ртуть.
Целлюлозно-бумажная промышленность. Сточные воды и газовые
выбросы, образующиеся в целлюлозно-бумажном производстве, представляют
серьезную угрозу окружающей среде.
В сточных водах одного целлюлозно-бумажного комбината средней мощности
содержится такое же количество органических веществ, как в сточных водах
города с населением в 2,5 млн. чел.
14
Освоение космоса служит также и решению экологических задач и
проблем на Земле. С помощью ракетно-космической техники возможны
изучение и контроль из космоса природной среды, земных ресурсов, глубины
вод, недр, проведение географических и геофизических исследований
какого-либо региона и др.
Однако, так же как и для любой деятельности человека, вообще и
космической в частности, существуют определенные экологические границы
ее осуществления. Прежде всего они связаны с такими воздействиями при
освоении космоса, которые ведут к негативным последствиям для Земли и ее
оболочек, космической среды или других планет Солнечной системы и др.
Например, при выведении на орбиту станции «Скайлэб» с помощью ракеты
«Сатурн» в земной ионосфере образовалось «окно» диаметром 1800 км,
затянувшееся лишь через 1,5 ч. По подсчетам специалистов США, при
частоте полетов транспортных космических кораблей, составляющей свыше
85 в год, разрушение озонового слоя Земли будет носить катастрофический и
необратимый характер.
К источникам химического загрязнения относятся продукты сгорания
ракетных топлив.
Интенсификация
сельского
хозяйства.
Рост
урожайности
сельскохозяйственных культур сопровождается выносом из почв ряда
минеральных веществ, что приводит к снижению почвенного плодородия и
обеднению растений, корнеплодов, а, следовательно, и продуктов питания.
Последнее приводит к видоизменению (деградации) растений и корнеплодов
и заболеваниям человека. Поэтому продуктивность современного сельского
хозяйства во многом зависит от минеральных и органических удобрений.
Для защиты растений и животных от опасных для них живых и
растительных организмов используют пестициды (от лат. pestis – зараза и caedо –
убивать).
Основной
причиной
загрязнения
биосферы
минеральными,
органическими удобрениями и пестицидами являются грубые нарушения
научно обоснованной технологии их транспортирования, хранения и
внесения в почву.
Минеральные удобрения (азотные, фосфорные, калийные) оказывают
прямое и косвенное действие на сельскохозяйственные культуры, почвы и
природные воды. Характер действия минеральных удобрений зависит от
многих факторов: типа почвы, вида возделываемой сельскохозяйственной
культуры, температуры, влажности почвы, вносимых доз и др.
Гонка вооружений и военные конфликты оказывают дополнительное
негативное воздействие на окружающую среду. По оценкам специального
доклада ООН, «военная деятельность в мирное время, военная
промышленность, военные установки, учения и подобная деятельность
наносят окружающей среде дополнительный ущерб в масштабах,
приблизительно пропорциональных доле военных расходов в валовом
национальном продукте».
15
Серьезная опасность для окружающей среды связана с возможностью
применения оружия массового поражения и разработкой и применением
новых видов оружия.
Оружие массового поражения – это общее название устройств и
средств, применяемых для уничтожения живой силы противника, его
техники и сооружений. К нему относят ядерное, химическое и
бактериологическое оружие.
Негативное воздействие связано с поступлением в окружающую среду
загрязнителя:
загрязняющего вещества – вещества или смеси веществ, количество
и/или концентрация которых превышают установленные для химических
веществ, в том числе радиоактивных, опасных для окружающей среды, иных
веществ и микроорганизмов нормативы;
физического агента – шума, вибрации, ультразвука, инфразвука,
электромагнитных, ионизирующих излучений и др.
Для разработки профилактических мер и средств защиты от
загрязнителя необходимо знание его физических, химических, санитарногигиенических, токсических и других свойств
и параметров.
Свойства загрязняющих веществ, от которых зависит состояние
окружающей среды, и которые могут оказывать влияние на жизнь, здоровье
человека, животный и растительный мир, объединяют в паспорте
загрязнителя.
Паспорт загрязнителя − это перечень свойств и сведений о
загрязнителе, которыми необходимо располагать, чтобы разрабатывать
системы защиты окружающей среды, под которыми понимаются
организационные, гигиенические, технические и другие мероприятия,
методы и средства, направленные на защиту человека, животного и
растительного мира от опасных и вредных воздействий загрязнителя.
Источниками поступления загрязнителя в окружающую среду являются
объекты, в которых создаются и генерируются загрязнители. Один и тот же
объект может одновременно создавать несколько видов загрязнителей.
Например, автомобиль излучает шум, вибрацию и загрязняет атмосферу
отработанными газами.
Загрязнители и источники их поступления в окружающую среду очень
разнообразны. Поэтому их классифицируют по многим признакам:
по происхождению их подразделяют на природные, техногенные и
антропогенные. Поступление естественных загрязнителей происходит в
результате природных процессов. Поступления техногенных загрязнителей в
окружающую среду обусловлены несовершенством технологических
процессов, механизмов, машин, оборудования и организационно-технических
решений. Антропогенное загрязнение связано непосредственно с
деятельностью человека. Наибольший вред окружающей среде приносят
бытовые отходы, низкий уровень экологической культуры населения и др.;
выделяют первичные и вторичные загрязнители. Первичный
загрязнитель поступает в окружающую среду непосредственно из источника
загрязнения. Вторичный загрязнитель возникает в результате химических
16
реакций между первичными загрязнителями и природными агентами или в
ходе разложения первичного загрязнителя. Например, первичный
загрязнитель диоксид серы SO2 реагируя с водой, образует сернистую
кислоту HSO3, которая затем превращается в серную кислоту H2SO4:
SO2 + OН = НSO3;
НSO3 + ОН = Н2SO4.
Сернистая и серная кислоты являются в данном случае вторичными
загрязнителями;
по состоянию различают следующие виды загрязнителей:
механические (например, отходы производства и потребления);
биологические (микроорганизмы, биологическое оружие и др.);
физические (повышенные уровни вибрации, шума, тепловые,
электромагнитные, ионизирующие и иные излучения);
химические (увеличение числа и количества химических соединений и
компонентов в окружающей среде и др.);
по
распространению
выделяют
локальные,
региональные,
трансграничные и глобальные загрязнения. Поступление локальных
загрязнителей характерно для отдельных предприятий, населенных пунктов,
а также объектовых аварий, при которых в компоненты окружающей среды –
атмосферный воздух, почву и водные объекты одновременно поступают
загрязнители. Региональные загрязнители занимают промежуточное
положение между локальными и трансграничными видами загрязнителей.
Трансграничные загрязнители поступают из источников загрязнения одного
региона, области, государства на территорию другого региона, области,
государства. Примером глобальных загрязнителей являются диоксид
углерода СО2, фреоны, радиоактивные выбросы.
Процесс взаимодействия загрязнителя с объектами окружающей среды
называют загрязнением окружающей среды.
Количественной оценкой степени загрязнения окружающей среды
является антропогенная нагрузка – степень прямого и косвенного воздействия
человека и его производственной и иной деятельности на естественные
природные системы и отдельные компоненты окружающей природной среды.
Антропогенную нагрузку определяют при экологическом обосновании и
оценке воздействия производственной и иной деятельности на окружающую
среду, сравнивают ее с предельно допустимой и проводят анализ
существующей экологической ситуации.
Экологическая опасность и ее оценка
Основным признаком загрязнения окружающей среды является
экологическая опасность – вероятность ухудшения качества окружающей
среды под влиянием природных, техногенных и антропогенных факторов,
представляющих угрозу естественным экологическим системам, жизни и
здоровью человека, а также его потомкам.
В
большинстве
случаев
экологические
опасности
носят
потенциальный, т. е. скрытый характер. Процесс и результат, учитывающий
17
все необходимые и достаточные сведения о рассматриваемой экологической
опасности, в том числе пространственно-временные, вероятностные,
энергетические
характеристики
и
причинно-следственные
связи,
позволяющие разрабатывать эффективные системы защиты окружающей
среды, называют идентификацией.
В настоящее время почти все системы защиты окружающей среды
работают, по существу, в режиме ожидания экологических опасностей.
Необходимо создавать опережающие технологии защиты окружающей
среды, а они возможны только на основе адекватной идентификации
экологических опасностей.
В процессе идентификации выявляют экологическую опасность,
вероятность ее проявления, пространственную локализацию, возможные
последствия, ущерб и другие показатели, необходимые для решения
конкретной задачи.
Анализ может быть априорный, т. е. профилактический, до
возникновения экологической опасности, и апостериорный, т. е. после
возникновения экологической опасности. Порядок анализа в обоих случаях
может быть прямым (от экологической опасности к причинам, ее
вызвавшим) и обратным (от причин к экологической опасности). Главной
целью анализа является установление причинных взаимосвязей, приводящих
к экологической опасности, и разработка мероприятий на основе методов,
принципов и средств обеспечения экологической безопасности.
Между реализованными экологическими опасностями и загрязнением
окружающей среды существует причинно-следственная связь. Экологическая
опасность есть следствие некоторой причины (причин), которая, в свою
очередь, является следствием других причин, накапливающихся на всех
стадиях жизненного цикла продукции. Таким образом, причины
и
экологические опасности образуют иерархические цепные структуры или
системы. Графическое изображение таких систем чем-то напоминает
диаграмму ветвящейся структуры. В зарубежной литературе, посвященной
анализу безопасности систем, используют такие термины, как «дерево
причин», «дерево отказов», «дерево опасностей», «дерево событий».
Триада «экологическая опасность – причины – негативное воздействие на
окружающую среду» – это есть логический процесс развития, при котором
потенциальная экологическую опасность становится реальной, что приведет к
причинению вреда жизни, здоровью, имуществу человека и окружающей среде.
Вред окружающей среде – это негативное изменение окружающей
среды в результате ее загрязнения, истощения, порчи, уничтожения,
нерационального использования природных ресурсов, деградации и
разрушения естественных экологических систем, природных комплексов и
природных ландшафтов.
При загрязнении атмосферного воздуха ухудшается его качество
вследствие превышения допустимых значений содержания загрязняющих
веществ в воздухе населенных мест, происходит образование
фотохимического смога, кислотных туманов и осадков, истощение озонового
слоя, проявление парникового эффекта.
Вред окружающей среде могут нанести существенно вредные
воздействия, возникающие на отдельных этапах жизненного цикла
18
продукции, например, если:
загрязняющие выбросы, сбросы, шум, вибрация, остаточное тепло,
радиоактивные и электромагнитные излучения превышают установленные
нормы;
обращение с отходами производства и потребления продукции
производится с нарушением установленных правил;
потребление энергии и материалов превышает установленные
нормативы.
С целью предотвращения вреда окружающей среде, наносимого
продукцией, необходимо:
определить перечень видов продукции, которая может оказывать
существенно вредное воздействие на окружающую среду на каком-либо
этапе ее жизненного цикла, т. е. перечень видов экологически опасной
продукции;
включить необходимые экологические требования в стандарты и
технические регламенты, по которым выпускается эта экологически опасная
продукция.
Вероятность, при которой потенциальная экологическая опасность
реализуется и станет действительной (реальной) может изменяться в
широких пределах, но она никогда не равна нулю. Следовательно, на любом
этапе жизненного цикла продукции и в любом виде деятельности существует
экологический риск.
Экологический риск – это вероятность наступления события,
имеющего негативные воздействия для окружающей природной среды и
вызванного производственной и иной деятельностью, чрезвычайными
ситуациями природного и техногенного характера. Концепция риска исходит
из того, что каждый этап жизненного цикла продукции, равно как и
деятельность человека в целом, потенциально опасны, а потому всегда
создают тот или иной реальный экологический риск.
Согласно концепции риска, экологическая безопасность – это состояние
защищенности окружающей природной среды и жизненно важных интересов
человека, общества в целом от возможного негативного воздействия
производственной и иной деятельности, чрезвычайных ситуаций природного
и техногенного характера, а также их последствий.
Экологическая безопасность – это есть существование в условиях
приемлемого (допустимого) риска. Под приемлемым (допустимым)
экологическим риском понимают такой уровень риска, который был бы
оправдан обществом, т. е. тот, с которым общество готово мириться ради
получения определенных благ в результате свой производственной и иной
деятельности. Решение о том, какой риск считать приемлемым (допустимым), а
какой нет, обычно устанавливается законодательно.
Как показывает опыт, экологический риск под воздействием тех или
иных факторов может меняться, снижаться или повышаться. Это значит, что
существует объективная возможность управления экологическим риском.
Общая схема процесса управления экологическим риском приведена на рис. 1.
На основании анализа экологического риска устанавливают цели и
определяют задачи. Цели и задачи включают в программу по защите
окружающей среды с перечнем следующих основных мероприятий:
19
определение сроков реализации поставленных целей и задач;
распределение ответственности за достижение целей и задач;
оценка и мобилизация ресурсов (людских, финансовых, технических,
технологических и др.);
применение новых, более экологически безопасных, малоотход Анализ риска
Выявление
Оценка
Выбор методов воздействия на риск
при сравнении их эффективности
Принятие решений
Воздействие на риск
Снижение
Сохранение
Передача
Контроль результатов
Рис. 1. Схема процесса управления экологическим риском
ных технологий и планирование видов деятельности;
оперативное реагирование на чрезвычайные ситуации природного и
техногенного характера и др.
По уровню экологического риска можно:
производить оценку приемлемости, неприемлемости производственной
и иной деятельности;
проводить экологическое обоснование, экологический аудит,
экологическую сертификацию, экологическую экспертизу и др.;
осуществлять управление экологическим риском;
проводить ранжирование территорий и групп населения по
экологическим опасностям, устанавливая зоны экологического риска.
Охрана окружающей среды и ее объекты
Охрана окружающей среды (природоохранная деятельность) – это
деятельность
органов
государственной
власти
России,
органов
20
государственной
власти
субъектов
России,
органов
местного
самоуправления, общественных и иных некоммерческих объединений,
юридических и физических лиц, направленная на сохранение и
восстановление природной среды, рациональное использование и
воспроизводство природных ресурсов, предотвращение негативного
воздействия производственной и иной деятельности на окружающую среду и
ликвидацию ее последствий.
Объектами охраны окружающей среды называют находящиеся в
экологической зависимости ее составные части, отношения по
использованию и охране которых урегулированы правом.
Охраняемые законом объекты подразделяют:
на интегрированные, к которым относится окружающая природная
среда;
дифференцированные, т. е. отдельные природные объекты (земля,
недра, поверхностные и подземные воды, атмосферный воздух, лес и иная
растительность, животный мир, генетический фонд, природные ландшафты);
особо охраняемые (государственные природные заповедники,
природные заказники, национальные природные парки, памятники природы,
редкие или находящиеся под угрозой исчезновения виды растений и
животных и мета их обитания).
Внешние пределы охраняемой законом окружающей среды
очерчиваются границами атмосферы и околоземного пространства в той
части, в которой она, с одной стороны, испытывает влияние природы и
антропогенной деятельности населения Земли, а с другой – влияние
космического пространства.
К числу охраняемых объектов относится и космическое пространство,
что продиктовано следующими причинами:
охраной озонового слоя Земли;
защитой космического пространства от засорения;
использованием космического пространства только в мирных целях.
Внутренние границы охраны окружающей среды зависят от
следующих признаков охраняемого законом объекта:
естественное происхождение;
взаимосвязь с экосистемой;
выполняемые функции жизнеобеспечения.
Принципы, методы и средства охраны окружающей среды
В структуре общей теории безопасности принципы и методы играют
эвристическую и методологическую роль и дают целостное представление о
связях в рассматриваемой области знания.
О значении принципов французский философ-материалист К. А.
Гельвеций (1713–1771) писал: «Знание некоторых принципов легко
возмещает незнание некоторых факторов» (Сочинение «Об уме», 1758 г.).
Принцип (от лат. principium – основа, первоначало) – это идея, мысль,
основное исходное положение.
Метод (от греч. – способ исследования) – это путь, способ достижения
цели или решения конкретной задачи.
21
Средство в широком смысле – это конструктивное, организационное,
материальное воплощение, конкретная реализация принципов и методов.
Принципы, методы и средства – логические этапы охраны окружающей
среды и обеспечения экологической безопасности.
Согласно Федеральному закону «Об охране окружающей среды»
принципами охраны окружающей среды являются:
соблюдение права человека на благоприятную окружающую среду;
обеспечение благоприятных условий жизнедеятельности человека;
научно обоснованное сочетание экологических, экономических и
социальных интересов человека, общества и государства в целях
обеспечения устойчивого развития и благоприятной окружающей среды;
охрана, воспроизводство и рациональное использование природных
ресурсов как необходимые условия обеспечения благоприятной окружающей
среды и экологической безопасности;
ответственность органов государственной власти России, органов
государственной власти субъектов России, органов местного самоуправления
за обеспечение благоприятной окружающей среды и экологической
безопасности на соответствующих территориях;
платность природопользования и возмещение вреда окружающей
среде;
независимость контроля в области охраны окружающей среды;
презумпция экологической опасности планируемой производственной
и иной деятельности;
обязательность оценки воздействия на окружающую среду при
принятии решений об осуществлении производственной и иной
деятельности;
обязательность проведения государственной экологической экспертизы
проектов и иной документации, обосновывающих производственную и иную
деятельность, которая может оказать негативное воздействие на
окружающую среду, создать угрозу жизни, здоровью и имуществу граждан;
участие граждан, общественных и иных некоммерческих объединений
в решении задач охраны окружающей природной среды;
международное сотрудничество России в области охраны окружающей
природной среды.
Методы охраны окружающей среды разнообразны и включают в себя
решение законодательных, гигиенических, технологических, биологических,
планировочных и других мер.
Законодательные меры направлены на обеспечение качества
окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов
путем принятия и применения правовых норм, учитывающих экологические
закономерности во взаимодействии общества и природы и закрепляющие
научно обоснованные нормативы воздействия производственной и иной
деятельности общества на окружающую среду.
Гигиенические методы обеспечивают нормативную базу и контроль
качества окружающей среды на уровне гигиенического мониторинга. Они
являются основой для других методов.
Технологические
методы
включают
локализацию,
очистку,
обезвреживание, утилизацию загрязняющих выбросов, сточных вод и
22
отходов, а также применение малоотходных технологий.
Биологические методы выполняют компенсирующую роль, и они
направлены на воспроизводство биологических ресурсов, нейтрализацию
остаточных загрязнений, включая в себя проведение мер лесотехнического,
биотехнического, агротехнического и другого характера.
Планировочные методы являются интегрирующей основой всей
системы мероприятий по охране окружающей среды. Эти методы
заключаются в рациональном балансе различных территорий – от крайне
урбанизированных до охраняемых природных ландшафтов, предназначенных
как для массового отдыха людей, так и для сохранения и воспроизводства
важнейших природных ресурсов.
При применении методов охраны окружающей среды для обеспечения
экологической
безопасности
учитывают
их
комплексность,
взаимосвязанность и целесообразность.
Комплексность предполагает применение методов для решения
нескольких задач, например, как в области промышленности, так и
сельского, лесного, водного хозяйства и др. Например, полезащитные лесные
полосы не только предотвращают эрозию почвы, но и увеличивают
репродуктивную способность территории.
Взаимосвязанность методов обусловливает, во-первых, их гибкость и,
во-вторых, позволяет в ряде случаев обеспечить экономию финансовых
средств за счет побочных эффектов. Например, производство энергии на
мусоросжигательных заводах, позволяет уменьшить загрязнение воздушного
бассейна за счет экономии топлива.
Целесообразность методов позволяет при сравнении различных
вариантов очистки выбросов загрязняющих веществ, сточных вод,
переработки отходов и других технических решений более обоснованно
подходить к выбору наилучших средств по обеспечению экологической
безопасности с использованием результатов оценки и анализа
экологического риска, экономической эффективности и более эффективному
вложению финансовых средств и др.
Международное сотрудничество в области охраны окружающей
природной среды
Масштабы производственной и иной деятельности человека
непрерывно возрастают, приводя к ухудшения качества окружающей
природной
среды
на
локальном,
региональном,
национальном,
межнациональном или глобальном уровнях. Поэтому решение проблем в
области охраны окружающей природной среды не может ограничиваться
территорией того или иного государства, а выходит за его пределы.
Коллективные действия государств в области изучения окружающей
природной среды, планирования и реализации природоохранных
мероприятий осуществляются в форме международного сотрудничества,
основными принципами которого являются следующие:
каждый человек имеет право на жизнь в наиболее благоприятных
экологических условиях;
23
каждое государство имеет право на использование окружающей
природной среды и природных ресурсов для целей развития и обеспечения
нужд своих граждан;
экологическое благополучие одного государства не может
обеспечиваться за счет других государств или без учета их интересов;
осуществляемая на территории государства производственная и иная
деятельность не должна наносить ущерб окружающей природной среде, как в
пределах, так и за пределами его юрисдикции;
недопустимы любые виды производственной и иной деятельности,
экологические последствия которой непредсказуемы;
установление контроля на глобальном, региональном и национальном
уровнях за состоянием и изменениями окружающей природной среды и
природных ресурсов на основе критериев и параметров, признанных в
соответствии с нормами международного экологического права;
обеспечение свободного и беспрепятственного международного
обмена научно-технической информацией по проблемам окружающей
природной среды и передовых ресурсосберегающих технологий;
оказание взаимной помощи государств в чрезвычайных экологических
ситуациях;
разрешение споров, связанных с проблемами окружающей природной
среды, только мирными средствами.
Объектами
международно-правовой
охраны
окружающей
природной среды являются природные объекты, по поводу которых у
субъектов международного права (государств и международных
организаций) формируются экологические отношения. Например, в составе
государственных природных заповедников выделяются биосферные
заповедники, официально признанные ЮНЕСКО в качестве составных
частей международной сети наблюдательных станций для слежения за
изменениями состояния окружающей природной среды под влиянием
человеческой деятельности.
К объектам международно-правовой охраны относятся:
объекты, не входящие в юрисдикцию государств (космос, Мировой океан,
воздушный бассейн, Антарктида, мигрирующие виды животных);
объекты, входящие в юрисдикцию государств (объекты, занесенные в
Международную Красную книгу исчезающих и редких животных и
растений, некоторые реки, моря, озера).
Определены
виды
международно-правовой
ответственности
государств: политическая и материальная.
Политическая ответственность предусматривает в качестве санкций
применение к государству-нарушителю принудительных мер, которые
применяются в случае совершения тяжкого международного преступления.
При нарушении государством своих международных обязательств,
которое связано с причинением материального ущерба, наступает
материальная ответственность. Формы материальной ответственности:
репарации (от лат. reparatio – восстановление) – возмещение ущерба в
денежном выражении;
24
реституция (от лат. restitutio – восстановление) – возврат в натуре
неправомерно изъятого имущества;
субституция (от лат. substitutio – ставлю взамен, назначаю взамен) –
замена неправомерно уничтоженного или поврежденного.
Основной целью международного сотрудничества в области охраны
окружающей природной среды является объединение усилий мирового
сообщества для обеспечения экологической безопасности, совершенствования
методов экологического контроля и оценок состояния окружающей природной
среды. Впервые эта цель была озвучена на конференции ООН по проблемам
окружающей среды, состоявшейся 5 июня 1972 г. в г. Стокгольме (Швеция).
Суть конференции отражена в ее основополагающей идее («Только одна
Земля») и в первом принципе, который, в частности, гласит «Человек имеет
право на благоприятную окружающую среду и несет ответственность за
охрану и улучшение окружающей среды на благо нынешнего и будущих
поколений». На Стокгольмской конференции было принято два основных
документа: Декларация принципов и План мероприятий, сыгравших
ключевую роль в развитии экологической политики государств и
активизации международного сотрудничества в данной сфере.
Декларация включает свыше двадцати принципов, в которых
формулируется отношение мирового сообщества к проблеме окружающей
среды. В частности, эти принципы предусматривают:
сохранение природных ресурсов на благо нынешних и будущих
поколений;
право человека на благоприятные условия жизни в окружающей среде,
качество которой позволяет вести достойную и процветающую жизнь;
суверенность прав государств на разработку собственных природных
ресурсов и ответственность государств за ущерб окружающей среде;
сотрудничество при решении международных проблем окружающей
среды;
избавление человека и окружающей природной среды от последствий
применения ядерного и иных видов оружия массового уничтожения.
План мероприятий содержит свыше ста пунктов, предусматривающих
решение организационных, экономических, политических вопросов охраны
окружающей
среды,
способы
взаимоотношений
государств
и
международных организаций.
Одним их исторических решений конференции является создание
постоянно действующего органа ООН по охране окружающей среды –
ЮНЕП (Программа ООН по окружающей среде), образование Фонда
окружающей среды. Кроме того, конференция провозгласила 5 июня
Всемирным днем окружающей среды.
Впоследствии, учитывая важность проблем окружающей природной
среды, ООН были также учреждены:
22 марта – Международный день воды;
16 сентября – Международный день охраны озонового слоя;
22 апреля – Международный день Земли.
25
Основным инструментом согласования интересов разных стран в сфере
сохранения окружающей природной среды являются соответствующие
конвенции и договоры.
Зашита окружающей природной среды – одна из приоритетных целей
ООН и ее специализированных учреждений, что предусмотрено Уставом
этой организации. Кроме того, ООН призвана оказывать содействие
разрешению международных проблем в области экономической, социальной
жизни, здравоохранения, повышения уровня жизни населения, соблюдения
прав человека ООН сыграла ведущую роль в выработке следующих форм
межгосударственного сотрудничества в сфере охраны природы:
участие в международных конвенциях;
подписание соглашений о проведении природоохранных мероприятий
и реализации различных проектов;
проведение
международных
конференций
по
актуальным
экологическим проблемам;
разработка
экологических
концепций,
способов
реализации
международных программ.
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), образованная в
1946 г., координирует решение вопросов охраны здоровья человека
применительно к проблемам его взаимодействия с окружающей средой.
В 1947 г. была создана Всемирная метеорологическая организация
ООН (ВМО), в задачи которой входит изучение и анализ факторов
воздействия человека на погоду и климат не только планеты, но и отдельных
регионов. ВМО функционирует в рамках глобальной системы мониторинга
окружающей среды (ГСМОС), которая осуществляет следующие программы:
мониторинга состояния атмосферы;
трансграничного загрязнения воздуха;
здоровья человека;
Мирового океана;
возобновляемых ресурсов суши.
Контрольные вопросы к лекции 3
Факторы негативного воздействия на окружающую среду.
Невозобновляемые и возобновляемые природные ресурсы.
Урбанизация и ее воздействие на окружающую среду.
Влияние негативных факторов научно-технического прогресса на
биосферу.
5. Какую информацию необходимо знать о загрязнителе, загрязнении и
источнике загрязнения для разработки систем защиты?
6. Паспорта загрязнения, его предназначение?
7. Парниковый эффект и его причины.
8. Причины истощения озонового слоя.
9. Сущность принципов, методов и средств охраны окружающей среды.
10. Методы и средства охраны окружающей среды?
11. Основные принципы международного сотрудничества в области охраны
1.
2.
3.
4.
26
окружающей среды?
12. Роль ООН и её организация в области охраны окружающей среды?
27
Лекция 4. Правовая основа природопользования
В России правовую основу охраны окружающей среды составляют
нормативные акты, имеющие различную юридическую силу. По этому
признаку их разделяют на три основные группы:
законодательные акты;
подзаконные акты;
нормативные правовые акты.
Основным законодательным актом, определяющим, в том числе и
вопросы безопасности личности, общества и окружающей является основной
закон – Конституция Российской Федерации, которая закрепляет право
человека на благоприятную окружающую среду, достоверную информацию о
ее состоянии и на возмещение ущерба, причиненного его здоровью
экологическим правонарушениям, а также обязанность каждого относиться к
ее ресурсам.
К основополагающим законодательным актам, вытекающим из
основного закона и определяющим требования к охране окружающей среды,
относятся федеральные законы:
«Об охране окружающей среды» (2002 г.);
«Об охране атмосферного воздуха» (1999 г.);
«Об отходах производства и потребления» (1998 г.);
«Об экологической экспертизе» (1995 г.);
«О плате за пользование водными объектами» (1998 г.);
«О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций
природного и техногенного характера» (1994 г.);
«О радиационной безопасности населения» (1996 г.).
В основе системы экологического законодательства лежит
Федеральный закон «Об охране окружающей среды», который определяет
правовые основы государственной политики в области охраны окружающей
среды,
обеспечивающие
сбалансированное
решение
социальноэкономических задач, сохранение благоприятной окружающей среды,
биологического разнообразия и природных ресурсов в целях удовлетворения
потребностей нынешнего и будущих поколений, укрепления правопорядка в
области охраны окружающей среды и обеспечения экологической
безопасности.
Федеральный закон также регулирует отношения в сфере
взаимодействия общества и природы, возникающие при осуществлении
хозяйственной и иной деятельности, связанной с воздействием на природную
среду как важнейшую составляющую окружающей среды, являющуюся
основой жизни на Земле, в пределах территории России, а также на
континентальном шельфе и в исключительной экономической зоне России.
Добавим, что действующий закон направлен на гармонизацию
российского природоохранительного законодательства с международными
нормами, принципами и правилами в области охраны окружающей среды.
1
Он является основным законом, призванным обеспечить снижение
негативного воздействия хозяйственной деятельности на окружающую
среду.
В группу подзаконных актов входят: указы Президента Российской
Федерации (РФ), постановления Правительства РФ, решения судов и
арбитражных судов, постановления министерств и ведомств, палат
Федерального собрания РФ, а также нормативные акты, издающиеся
исполнительными органами власти, в пределах своей компетенции.
К нормативным правовым актам относятся нормативы:
качества окружающей среды;
допустимого воздействия на окружающую среду;
гигиенические нормативы;
санитарные нормы и правила;
государственные стандарты и др.
Так, нормативы качества окружающей среды устанавливают для
оценки состояния окружающей среды в целях сохранения естественных
экологических систем, генетического фонда растений, животных и других
организмов. К ним относятся нормативы, установленные в соответствии с
химическими показателями состояния окружающей среды, в том числе
нормативы предельно допустимых концентраций химических веществ, включая
радиоактивные вещества.
В целях предотвращения негативного воздействия на окружающую среду
производственной и иной деятельности для юридических и физических лиц –
природопользователей устанавливаются следующие нормативы допустимого
воздействия на окружающую среду:
допустимых выбросов и сбросов веществ и микроорганизмов;
образования отходов производства и потребления и лимиты на их
размещение;
допустимых физических воздействий (количество тепла, уровни шума,
вибрации, ионизирующего излучения, напряженности электромагнитных
полей и иных физических воздействий);
допустимой антропогенной нагрузки на окружающую среду и другие
нормативы допустимого воздействия на окружающую среду при
осуществлении производственной и иной деятельности, устанавливаемые
законодательством России и законодательством субъектов России в целях
охраны окружающей среды.
Государственными стандартами в области охраны окружающей
среды устанавливаются:
требования, нормы и правила в области охраны окружающей среды к
продукции, работам, услугам и соответствующим методам контроля;
ограничения хозяйственной и иной деятельности в целях
предотвращения ее негативного воздействия на окружающую среду;
порядок организации деятельности в области охраны окружающей
среды и управления такой деятельностью.
В государственных стандартах на новую технику, технологии,
материалы, вещества и другую продукцию, технологические процессы,
хранение, транспортировку, использование такой продукции, в том числе
после перехода ее в категорию отходов производства и потребления, должны
2
учитываться требования, нормы и правила в области охраны окружающей
среды.
Обозначение стандартов в области охраны окружающей среды
состоит из индекса (ГОСТ), номера системы стандартов в области охраны
природы по Общесоюзному классификатору стандартов и технических
условий (17), номера группы (табл. 1), номера вида, порядкового номера
стандарта, и отделенных тире последних цифр года утверждения или
пересмотра стандарта. Например, ГОСТ 17.2.4.02–81 «Охрана природы.
Атмосфера. Термины и определения загрязняющих веществ».
Кодовое наименование групп
стандартов в области охраны природы (ССОП)
Номе
р
групп
ы
0
1
2
3
4
5
6
7
Наименование
Организационно-методические
стандарты
Стандарты в области охраны и
рационального использования воды
Стандарты
в
области
защиты
атмосферы
Стандарты в области охраны и
рационального использования почв
Стандарты в области улучшения
использования земель
Стандарты в области охраны флоры
Стандарты в области охраны фауны
Стандарты в области охраны и
рационального использования недр
Таблица 1
Кодовое
наименование
Основные положения
Гидросфера
Атмосфера
Почвы
Земли
Флора
Фауна
Недра
Государственное регулирование в области защиты населения и
окружающей среды от негативного воздействия производственной и иной
деятельности осуществляется на основе лицензирования, декларирования
безопасности,
экосертификации,
экологической
паспортизации
и
экологического страхования.
Лицензирование – это мероприятия по предоставлению лицензий,
переоформлению документов, подтверждающих наличие лицензий,
приостановлению и возобновлению действия лицензий, аннулированию
лицензий и контролю лицензирующих органов за соблюдением
лицензиатами лицензионных требований и условий при осуществлении
лицензируемых видов деятельности. Лицензирование осуществляется
согласно Федеральному закону «О лицензировании отдельных видов
деятельности».
Декларирование безопасности промышленного объекта Российской
Федерации, деятельность которого связана с повышенной опасностью
производства, осуществляется в целях обеспечения контроля за соблюдением
3
мер безопасности, оценки достаточности и эффективности мероприятий по
предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций на промышленном
объекте.
Экологическая сертификация соответствия (экосертификация) –
это действие третьей стороны по подтверждению соответствия
сертифицируемого объекта предъявляемым к нему экологическим
требованиям.
Экосертификацию проводят с целью создания экономико-правового
механизма по реализации закрепленного в Конституции РФ права граждан на
благоприятную окружающую среду.
Экологическая паспортизация – это сбор систематизированных
данных по использованию природных и вторичных ресурсов и определения
их влияния на окружающую и природную среду. Результаты экологической
паспортизации приводят в экологическом паспорте (экопаспорте) –
документе, разрабатываемом природопользователем за счет собственных
средств, и содержащем информацию об уровне использования ресурсов
(природных, вторичных и др.), степени воздействия его на окружающую
среду, а также сведения о разрешениях на право природопользования,
нормативных воздействиях и размерах платы за загрязнение окружающей
среды, использование природных ресурсов.
В экологическом страховании объектом страхования является риск
гражданской ответственности, выражающийся в предъявлении страхователю
имущественных претензий физическими или юридическими лицами в
соответствии с нормами гражданского законодательства о возмещении ущерба
за загрязнения земельных угодий, водной среды или воздушного бассейна на
территории действия конкретного договора страхования.
Экологическое управление. Экологическая экспертиза
Экологическое управление – это процесс, направленный на
обеспечение экологической безопасности, благоприятной окружающей
среды и обеспечивающий надзор, контроль, планирование, экологический
аудит, мониторинг, информационное обеспечение, ответственность и другие
функции. Целью обеспечения процесса экологической безопасности
является достижение максимально благоприятных показателей здоровья
человека и высокого качества окружающей среды.
Здоровье человека – это функциональное состояние его организма,
обеспечивающее продолжительность жизни, физическую и умственную
работоспособность, самочувствие и функцию воспроизводства здорового
потомства. Показателем здоровья в первую очередь является средняя
ожидаемая
продолжительность
предстоящей
жизни
(СОППЖ).
Продолжительность жизни в различных странах зависит не только от
уровня развития медицины, но и от уровня социально-экономического
развития общества и состояния окружающей среды. В последние годы
средняя продолжительность жизни россиян сократилась и в настоящее
время составляет у мужчин 58–59 лет, у женщин 71–72 года.
4
Так как целью экологической безопасности является также и защита
окружающей среды, то необходимо давать оценку соответствующими
количественными показателями её состояния и качества. К таким
показателям относят степень близости состояния экосистемы к границе её
устойчивости. Оценку устойчивости осуществляют с учетом скорости
восстановительных процессов по отношению и темпам антропогенного
нарушения окружающей среды. При этом природно-экономическое
состояние систем может определяться как естественное, равновесное,
кризисное, критическое, катастрофическое и состояния коллапса.
Решение
задачи
обеспечения
экологической
безопасности
осуществляется через систему мер защиты жизненно важных интересов
личности, общества, природы и государства от реальных и потенциальных
угроз, создаваемых антропогенным или естественным воздействием на
окружающую среду.
Для осуществления экологической безопасности разработана система
управления. В структуре экономического управления выделяют управление
на государственном уровне предприятия (организации, компании). В
структуре федеральных органов исполнительной власти Министерству
природных ресурсов РФ и его территориальным органам поручено
проведение единой государственной экологической политики по вопросам
охраны окружающей среды и использованию природных ресурсов через
систему природоохранительных целей, задач и приоритетов, а также
политической воли к их достижению с помощью законодательных,
экономических и административно-правовых механизмов.
На уровне предприятии (организации, компании) экологическое
управление осуществляет природоохранная служба (служба охраны
окружающей среды). Функции и задачи природоохранной службы показаны на
рис. 1. Основополагающим документом в системе управления является
Руководство по экологическому управлению – системный документ, имеющий
статус стандарта предприятия, и устанавливающий форму, структуру системы
экологического управления на предприятии, включающий экологическую
политику предприятия, программу мер по обеспечению экологической
безопасности и др.
Одной из задач природоохранной службы является проведение
экологического инструктажа.
Экологический инструктаж – это один из видов обучения различных
категорий работников по охране окружающей среды; который проводят
специалисты природоохранной службы периодически, не реже одного раза в
год.
Надзор – это одна из форм деятельности государственных органов по
соблюдению законности. Обычно выделяют общий и административный
надзор. Общий надзор за соблюдением законодательства в области защиты
окружающей среды и использования природных ресурсов осуществляют
органы прокуратуры. Предметом общего надзора являются соблюдение
Конституции РФ и исполнение законов федеральных органов
исполнительной власти, законодательства органов исполнительной власти
субъектов РФ, органов управления коммерческих и некоммерческих
5
организаций, соответствие законам правовых актов, издаваемых этими
органами и должностными лицами.
Субъектами административного надзора являются органы федерального
надзора (например, Государственный ветеринарный надзор России,
Государственный
санитарно-эпидемио-логический
надзор
России,
Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному
надзору и др.). Они могут применять меры административного принуждения.
Деятельность органов надзора надведомственна – т. е. она
распространяется на все поднадзорные объекты независимо от
ведомственной принадлежности и форм собственности.
Органы,
осуществляющие
административный
надзор,
имеют
соответствующие полномочия по предупреждению правонарушений; по
пресечению правонарушений; по привлечению к ответственности виновных лиц;
по нормотворчеству.
Экологический контроль – это деятельность государственный органов,
предприятий,
общественных
организаций,
иных
некоммерческих
организаций и граждан, направленная на соблюдение законодательства в
области охраны окружающей среды и использовании природных ресурсов.
Согласно действующему законодательству экологической контроль
осуществляется на трех уровнях: государственном, производственном и
общественном.
Государственный
контроль
осуществляют
специально
уполномоченный федеральный орган исполнительной власти в области
охраны окружающей среды, его территориальные органы, иные федеральные
органы исполнительной власти, а также органы государственной власти
субъектов федерации.
Производственный
экологический
контроль
проводит
природоохранная служба предприятия (организации, компании). Данный
контроль направлен на соблюдение мероприятий по защите окружающей
среды, рациональное использование природных ресурсов и соблюдение
законодательства.
Общественный экологический контроль осуществляют общественные
и иные некоммерческие организации в соответствии с их уставами, а также
граждане согласно законодательству. Общественные контрольные функции
реализуются:
при проведении общественной экологической экспертизы;
организации и проведении общественных слушаний по вопросам
проектирования, размещения объектов;
при разработке федеральных программ в области экологического
развития России и целевых программ в области охраны окружающей среды
субъектов России.
6
Информация о
состоянии окружающей
среды и
функционировании
СУОС на предприятии
Организация и координация
работ в области охраны
окружающей среды
Служба охраны окружающей среды
Нормативная документация по охране окружающей среды.
Руководство по экологическому управлению
Функция управления
Планирование работ
по охране
окружающей среды
Контроль и мониторинг за
состоянием охраны окружающей
среды и функционирования
СУОС
Учет, анализ и оценка
состояния окружающей среды
и функционирования СУОС
Стимулирование
за работу по охране
окружающей среды
Сопоставление
фактических
показателей
воздействия на
окружающую среду их
значениями при
оценке воздействия на
окружающую среду
риском
Управление
экологическим
Оценка
экологического риска
Идентификация
источников
экологической
опасности
Техническая
подготовка
производства
Обучение персонала и
проведение
экологического
инструктажа
Задачи управления
Деятельность предприятия по обеспечению
Объект управления:
экологической безопасности продукции, услуг и т. п.
Рис. 1. Схема управления охраной окружающей среды на предприятии
7
Определение путей решения проблем экологической безопасности
остается задачей весьма актуальной. Это связано с многообразием факторов,
влияющих на состояние окружающей среды и сложностью его оценки.
Эффективность решения экологических проблем в настоящее время
значительно повысилось на основе применения созданной в мире системы
экологического мониторинга.
Под мониторингом окружающей среды понимают долгосрочные
наблюдения, оценку, контроль и прогноз состояния и изменения
компонентов окружающей среды, природных ресурсов, антропогенных и
техногенных воздействий и др.
Экологический мониторинг представляет собой область человеческой
деятельности направленной на оптимизацию отношений человека с
природой, экологическую ориентацию хозяйственной деятельности.
В России в соответствии с действующим законодательством источником
объективной информации о состоянии окружающей среды является единая
государственная система экологического мониторинга (ЕГСЭМ).
В соответствии с основными задачами в ЕГСЭМ осуществляется мониторинг
состояния природных сред, экосистем, природных ресурсов и источников
антропогенного воздействия, а также информационное обеспечение решения
экологических проблем.
ЕГСЭМ функционирует на четырех основных уровнях: федеральном,
региональном
(бассейновом),
субъектов
Российской
Федерации
(территориальный уровень), локальном.
Для обеспечения гласности в работе государственной природоохранной
системы, прав граждан и общественных организаций на необходимую и
достоверную информацию о состоянии окружающей среды и мерах по ее
охране в системе Миприроды России образовано Российское экологическое
федеральное информационное агентство (РЭФИА).
Экологическое планирование – это одна из составляющих системы
управления окружающей средой, включающая разработку и осуществление
программ управления и др. для предотвращения или снижения негативного
воздействия на окружающую среду, эффективного использования природных
ресурсов и т. п.
В целях планирования, разработки и осуществления мероприятий по
охране окружающей среды разрабатываются федеральные программы в
области экологического развития России и целевые программы в области
охраны окружающей среды субъектов России.
Порядок разработки, финансирования и реализации программ
устанавливается в соответствии с законодательством России.
В последние десятилетия в административных районах составлялись
различные виды территориальных программ по планированию в сфере
природопользования и охраны окружающей среды.
1
К настоящему времени большинство разработанных ранее
территориальных программ утратили актуальность в силу изменения
экологической ситуации на местах, социально-экономических условий и
принципов взаимоотношений хозяйствующих субъектов. В то же время в
большинстве регионов России медленно развертывается работа над новыми
эффективными инвестиционными программами, базирующимися на методах
рыночного регулирования.
Выбор подходов к разработке программы на территории конкретного
местного образования производят с учетом экологической, социальной и
экономической ситуации, уровня изученности природных и экологических
характеристик
территории
и
характера
сложившейся
политикопсихологической обстановки.
Юридические
лица
и
индивидуальные
предприниматели,
осуществляющие производственную и иную деятельность, оказывающую
негативное воздействие на окружающую среду, обязаны планировать,
разрабатывать и осуществлять мероприятия по охране окружающей среды в
порядке, установленном законодательством.
Экологическая экспертиза
Понятие экологической экспертизы. При осуществлении различных
проектов, особенно крупномасштабных, важно предусмотреть все
возможные
негативные
воздействия
планируемой
хозяйственной
деятельности на природные экосистемы, элементы техносферы и
естественно, здоровье самого человека. Поэтому почти одновременно с
оценкой риска отдельных инженерных систем и сооружений формировалась
процедура, получившая название «оценка воздействия на окружающую
среду» (ОВОС) или, как её часто называют, «экологическая экспертиза».
Ныне экологическая экспертиза является важнейшим инструментом
государственной политики в области охраны ОПС и управления
природопользованием в РФ. Работы по её проведению и оценке риска
хозяйственной деятельности базируется на Законе РСФСР «Об охране
окружающей природной среды» (1991) и Федеральном законе «Об
экологической экспертизе». (1995)
Согласно последнему, «экологическая экспертиза» - это оценка
уровня возможных негативных воздействий намечаемой хозяйственной и
иной деятельности на окружающую природную среду и природные
ресурсы».
Заявленная цель экологической экспертизы определяет и ее главную
функцию: экологическое обоснование как только намечаемых, так и уже
принятых решений (для их корректировки и даже отмены, если реализация
таковых может повлечь за собой негативные воздействия на здоровье
населения и качество среды обитания).
Принципы, критерии объекты экологической экспертизы.
Принципами проведения экологической экспертизы являются: презумпция
потенциальной экологической опасности любой намечаемой хозяйственной
или иной деятельности (поэтому ее инициатор должен предварительно
доказать ее экологическую безопасность); первоочередность проведения
2
государственной экологической экспертизы (только при получении ее
заключения принимается решение о реализации объекта хозяйственной или
иной деятельности); комплексность оценки воздействия на ОПС и ресурсы
намечаемой хозяйственной или иной деятельности; обязательность учета
всех требований, установленных законодательством РФ в области охраны
ОПС; независимость и беспристрастность экспертов при проведении
экспертизы и ответственность их за качество заключения; научная
обоснованность, объективность и законность заключений; достоверность и
полнота документации, представляемой на экологическую экспертизу;
ответственность должностных лиц, заказчика объекта экспертизы за
организацию и проведение ее; гласность проведения экологической
экспертизы, учет общественного мнения по объекту экспертизы.
На уровне принятия решения: быть или не быть реализованным
намечаемому виду деятельности обязательно придерживаться двух
принципов:
1. Пока не доказана безвредность любого проекта, на него должен быть
наложен запрет. Таким образом, экологической экспертизе придается
императивный характер.
2. Из всех видов безопасности приоритет должен быть отдан медикобиологической безопасности, т.е. обеспечение здорового и безопасного
существования человека есть не обсуждаемая ценность.
Объектами экологической экспертизы определены: 1) проекты и
технико-экономические обоснования (ТЭО) строительства и эксплуатации
хозяйственных сооружений, а также действующие предприятия и комплексы;
2) нормативно-техническая документация на создание новой техники,
технологий, материалов, а также работающее оборудование; 3) проекты
нормативных и административных актов, а также действующее
законодательство.
В зависимости от того, кто проводит экологическую экспертизу,
последняя подразделяется на государственную, ведомственную, научную и
общественную.
Государственная экологическая экспертиза (ГЭЭ) представляет
собой, с одной стороны, самостоятельный вид экологического контроля,
который государство оставляет за собой, а с другой – в определенной
степени может рассматриваться как составная конкретная часть
экологического прогнозирования, оценки воздействия того или иного вида
хозяйственной деятельности на охрану природной среды.
Перечень объектов, которые подлежат ГЭЭ, установлен ст. 11 Закон РФ
«Об экологической экспертизе».
Ведомственная экологическая экспертиза осуществляется в
соответствии с приказом руководства министерства, ведомства. Ее выводы
имеют силу только внутри соответствующей ведомственной структуры
(например, системы МСХ РФ) и при условии, что они не входят в
противоречие с выводами ГЭЭ.
Научная экологическая экспертиза проводится по инициативе
научных учреждений, вузов или по инициативе отдельных групп ученых.
3
Общественная экологическая экспертиза осуществляется по
инициативе общественных объединений и проводится негосударственными
структурами.
Цели общественной и государственной экологической экспертизы в
принципе совпадают, однако, задачи у них разные. Как правило,
общественная экспертиза призвана привлечь внимание государственных
органов к конкретному объекту, широко распространить научно
обоснованную информацию о его потенциальной экологической
обоснованности, и т.п. Законом запрещается препятствовать проведению
общественной экологической экспертизы. Должностные лица виновные лица
в этом, а также отказывающиеся предоставить необходимую для работы
общественных экспертов информацию, привлекаются к эколого-правовой
ответственности.
Экологический
аудит. Одной из главных функций системы
управления
экологической
безопасностью
является
определение
экологической обоснованности как намечаемых, так и уже принятых
решений, если их реализация может повлечь за собой или уже оказывает
негативное воздействие на здоровье населения и качество окружающей
среды. Такая оценка проводится на основе послепроектной экологической
экспертизы.
Послепроектная экспертиза (экологический аудит) – это объективный,
независимый анализ, оценка и разработка соответствующих рекомендаций и
предложений для действующего оборудования, предприятия и учреждения, а
также применяемого законодательства. Экологический аудит проводится
непосредственно в ходе производства:
при
составлении
финансовой
отчетности
о
плате
за
природопользование и воздействие на окружающую среду;
анализе финансово-хозяйственной деятельности по использованию
природных ресурсов, обеспечению экологической безопасности;
консультировании по оценке и управлению экологическими рисками;
разработке и анализе инвестиционных программ;
экологической сертификации;
оценке воздействия намечаемой производственной деятельности на
окружающую среду;
экологической паспортизации;
оценке экологического ущерба;
разработке нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ),
сбросов (ПДС) загрязняющих веществ, нормативов образования и лимитов
по размещению отходов и др.
Заказчиками экологического аудита могут выступать федеральные,
региональные,
местные
органы
управления,
природоохранные,
контролирующие, лицензионные органы, прокуратура, судебные органы,
предприятия – природопользователи.
Активное развитие экологический аудит получил с 1998 г. после
введения системы подготовки и аттестации аудиторов-экологов. Аудиторэколог – это лицо, квалифицированное в области экологии для проведения
экологического аудита. Он должен иметь, как минимум, законченное среднее
4
образование или эквивалентное ему и иметь опыт работы не менее 5 лет в
данной области.
При проведении экологического аудита рассматриваются общие
вопросы, вопросы по охране атмосферы, водных объектов, земельных
ресурсов по природоохранной деятельности.
Результатом проведения экологического аудита является аудиторское
заключение – официальный документ, предназначенный для аудируемого
лица – предприятия (организации, компании), составленный в соответствии с
федеральными правилами (стандартами) аудиторской деятельности, и
содержащий выраженное в установленной форме мнение аудиторской
организации о достоверности отчетности аудируемого лица и о соответствии
отчетности и природоохранной деятельности законодательству России.
Контрольные вопросы к лекции 4
1. Какие правовые основы государственной политике отражает ФЗ «Об
охране окружающей среды»?
2. Сущность декларирования безопасности промышленного объекта.
3. Чему способствует экосертификация объекта?
4. Виды и объекты экологического страхования.
5. Сущность экологического управления.
6. Что является предметом общего надзора государственных органов в
области охраны труда?
7. Полномочия органов административного надзора.
8. Уровни экологического контроля.
9. Задачи производственного экологического контроля.
10.Значение системы экологического мониторинга.
11.Роль и задачи экологического аудита.
5
Лекция 5. Экономические механизмы охраны окружающей среды
Экономическое регулирование в области охраны окружающей
среды и использования природных ресурсов
В условиях перехода России к рыночным отношениям произошли
значительные изменения в производственной сфере страны. В общем объеме
промышленной продукции увеличился удельный вес добывающих отраслей,
продукции электроэнергетики, топливной промышленности и металлургии,
которые являются одними из основных источников загрязнения окружающей
среды. Это усугубляется тем, что во многих отраслях используются
устаревшие технологии, обычно наиболее трудоемкие, требующие
использования
дефицитных
невозобновляемых
ресурсов
и
характеризующиеся опасными отходами производства.
Структурная перестройка экономики должна проверяться в условиях
изменения законодательства в области экологизации экономики, т. е.
ужесточения госстандартов технологических процессов, во взаимодействии
не только с окружающей средой, но и с определением целей производства,
обеспечивающих восстановление качества среды обитания, получение
продукции, которая бы не наносила ущерба природным объектам в течение
всего жизненного цикла.
В настоящее время в России разработан и внедрен ряд экономических
методов, направленных на решение проблем охраны и использования
окружающей природной среды: платежи за загрязнение, лимитирование,
лицензирование природопользования, экологическая ответственность.
Однако анализ эффективности внедрения этих методов показывает, что они
не решают в достаточной мере основной задачи по защите окружающей
среды. Это связано с тем, что платежи осуществляются по заниженным
ставкам, которые не отражают реальные объемы загрязнения. Используемые
на сегодняшний день методики расчетов предельно допустимых нормативов
воздействия
на
окружающую
среду
в
дальнейшем
требуют
совершенствования с целью значительного снижения экономических потерь
общества от загрязнения окружающей среды.
Однако из существующих методов управления экологической
безопасности все же особая роль отводится платежам и налогам за
загрязнение. Они представляют собой косвенные рычаги воздействия и
выражаются в установление платы за выбросы или сбросы, за использование
первичных ресурсов, конечную продукцию. Плата должна соответствовать
социально-экономическому ущербу от загрязнения или определяться по
какому-либо другому показателю.
Пользователь какого-либо ресурса
платит за него также, как за приобретаемое сырье, электроэнергию и т. д.
Для осуществления экономического регулирования в области охраны
окружающей среды и использования природных ресурсов используют
различные методы, в том числе:
6
разработка государственных прогнозов социально-экономического
развития на основе экологических прогнозов;
разработка федеральных программ в области экологического развития
России и целевых программ в области охраны окружающей среды субъектов
России;
разработка и проведение мероприятий по охране окружающей среды в
целях предотвращения причинения вреда окружающей среде;
установление платы за использование природных ресурсов и
негативное воздействие на окружающую среду;
установление лимитов на выбросы и сбросы загрязняющих веществ и
микроорганизмов, лимитов на размещение отходов производства и
потребления и другие виды негативного воздействия на окружающую среду;
проведение экономической оценки воздействия производственной и
иной деятельности на окружающую среду;
возмещение в установленном порядке вреда окружающей среде;
экологическое страхование;
иные методы экономического регулирования по совершенствованию и
эффективному осуществлению охраны окружающей среды.
Плата за пользование природными ресурсами
В последние годы в ряде стран все более широко используется
принцип платы за природопользование. Для этого разрабатывается
соответствующая нормативно-правовая база.
Платное природопользование в той или иной мере будет
способствовать более рациональному использованию природных ресурсов,
защите окружающей среды, решению социально-экономических проблем.
Одним из видов обязательных платежей, устанавливаемых
федеральными законами, является плата за право пользования природными
ресурсами (земля, вода, лес, полезные ископаемые, атмосфера) в пределах
установленных лимитов, сверхлимитное и нерациональное использование
природных ресурсов, а также на воспроизводство и охрану природных
ресурсов. Плату рассчитывают в соответствии с издержками на добычу и
специальными выплатами (налогами) государственным и муниципальным
фондам на каждую единицу используемого природного ресурса с учетом
дефицитности для региона, полезности для других сфер производственной
деятельности, опасности для окружающей среды.
Например, Федеральным законом «О плате за пользование водными
объектами» (статья 1) объектом платы является пользование водными
объектами с применением сооружений, технических средств или устройств
в целях:
осуществления забора воды из водных объектов;
удовлетворения потребности гидроэнергетики в воде;
осуществления сброса сточных вод в водные объекты.
В законе также перечисляются случаи пользования водными объектами
без оплаты
Платежную базу в зависимости от вида пользования водными
объектами определяют:
7
как объем воды, забранной из водного объекта;
объем продукции, произведенной при пользовании водным объектом
без забора воды;
площадь акватории используемых водных объектов;
объем сточных вод, сбрасываемых в водные объекты.
Минимальные и максимальные ставки платы устанавливаются в
следующих размерах:
1) 60,0–370,0 руб. за одну тыс. кубических метров воды, забранной из
водных объектов в пределах установленных лимитов, – для плательщиков,
осуществляющих забор воды;
2) 2,0–7,0 руб. за одну тыс. кубических метров воды, забранной из
территориального моря и внутренних морских вод, – для плательщиков,
осуществляющих забор воды;
3) 4,0–20,0 руб. за одну тыс. киловатт-часов вырабатываемой
электроэнергии – для плательщиков, осуществляющих эксплуатацию
гидроэлектростанций;
4) 680,0–1 400,0 руб. за одну тыс. кубических метров древесины,
сплавляемой в плотах и кошелях, на каждые 100 км сплава – для плательщиков,
осуществляющих сплав леса;
5) 5,2–21,9 тыс. руб. в год за один квадратный километр площади
использования акватории водных объектов – для плательщиков,
осуществляющих добычу полезных ископаемых, размещение объектов
организованной рекреации, плавательных средств, коммуникаций, зданий,
сооружений, установок и оборудования, а также проведение буровых,
строительных и иных работ;
6) 7,0–55,0 руб. за одну тыс. кубических метров сточных вод – для
плательщиков, осуществляющих сброс сточных вод в водные объекты в
пределах установленных лимитов.
Минимальные и максимальные ставки платы по бассейнам рек, озерам,
морям и экономическим районам устанавливает Правительство России.
До утверждения законодательными (представительными) органами
субъектов России новых ставок платы по категориям плательщиков в
соответствии с изменениями, внесенными Федеральным законом от 7 августа
2001 г. № 111–ФЗ, прежние ставки платы, установленные в соответствии
со статьей 4 Федерального закона от 6 мая 1998 г. № 71–ФЗ, с 1 января 2002
г. применяют с коэффициентом 2.
Плата за негативное воздействие на окружающую среду
По своей экономической сути указанный вид платы представляет собой
возмещение части экономического ущерба от выбросов загрязняющих
веществ в атмосферу, сбросов загрязненных сточных вод в поверхностные и
подземные водные объекты, а также размещения отходов. Данный вид платы
составляет основной источник получения средств компенсации ущерба от
загрязнения окружающей среды, ликвидации последствий загрязнения, а
также обеспечения повышения экономической заинтересованности и
8
ответственности природопользователей в выполнении нормативных
требований.
Порядок определения платы и ее предельные размеры утверждены
Постановлением Правительства РФ от 28 августа 1992 г. № 632. Плата
взимается за следующие виды негативного воздействия на окружающую
среду:
выброс в атмосферу от стационарных и передвижных источников
загрязняющих веществ;
сброс загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты;
неорганизованный сброс загрязняющих веществ;
размещение отходов;
другие виды вредного воздействия (шум, вибрация, электромагнитные
и радиационные воздействия и т. д.).
За данные виды негативного воздействия на окружающую среду
установлено два вида базовых нормативов платы (рис. 1): в пределах
допустимых нормативов и в пределах установленных лимитов (временно
согласованных нормативов).
Согласно Федеральному закону от 23 декабря 2003 года № 186 – ФЗ
базовые нормативы платы за негативное воздействие на окружающую
среду, действовавшие в 2003 году, применяют с 2004 года с
коэффициентом 1,1. При отсутствии у природопользователя оформленного
в установленном порядке разрешения на выброс, сброс загрязняющих
веществ, размещение отходов следует считать, что вся их масса учитывается
как сверхлимитная. Таким образом, прежде чем установить предприятиям
платежи, местные и региональные органы власти устанавливают для них
лимиты выбросов (сбросов).
Плата за негативное воздействие на окружающую среду в пределах
допустимых и временно согласованных нормативов осуществляется за счет
себестоимости продукции, а за превышение воздействия – за счет прибыли,
остающейся в распоряжении природопользователя.
9
Платежи за загрязнение окружающей
природной среды
Плата за выбросы в атмосферу
загрязняющих веществ в пределах
допустимых выбросов (ПДВ)
Плата за сбросы загрязняющих веществ
в пределах допустимых сбросов (ПДС)
Плата за размещение отходов в
пределах установленных лимитов
Плата за выбросы загрязняющих
веществ в пределах установленных
лимитов
Плата за сбросы загрязняющих веществ
в пределах установленных лимитов
Плата за размещение отходов сверх
установленных лимитов
Плата за выбросы в атмосферу
загрязняющих веществ сверх
установленных лимитов
Плата за сбросы загрязняющих веществ
сверх установленных лимитов
Рис. 1. Структура платежей за загрязнение окружающей природной среды
5
Перечисление платы осуществляется природопользователем в
федеральный бюджет и бюджеты субъектов России в соотношении
соответственно 20 и 80 % в сроки, устанавливаемые территориальными
органами Минприроды России. По истечении установленных сроков суммы
платежей взыскиваются в безакцептном порядке.
Внесение платы за негативное воздействие на окружающую среду не
освобождает природопользователей от выполнения мероприятий по охране
окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов.
Для регионов России и бассейнов рек установлены коэффициенты
экологической ситуации и экологической значимости состояния
атмосферного воздуха, почвы и водных объектов (табл. П3 – П4), с помощью
которых при определении платы за негативное воздействие на окружающую
среду учитывают природно-климатические особенности территории,
значимости природных, социально-культурных объектов. Коэффициенты
экологической ситуации и экологической значимости увеличиваются:
для природопользователей, расположенных в зонах экологического
бедствия, районах Крайнего Севера и местностях, приравненных к районам
Крайнего Севера, на территории национальных парков, особо охраняемых и
заповедных территориях, эколого-курортных территориях, а также на
территориях, включенных в международные конвенции – до 2 раз;
природопользователей, осуществляющих выброс загрязняющих
веществ в атмосферный воздух крупных промышленных городов, – на 20 %.
Дифференцированные ставки платы за негативное воздействие на
окружающую среду определяют умножением базовых нормативов платы на
коэффициенты экологической ситуации и экологической значимости.
Базовые ставки установлены для каждого загрязняющего вещества. Они
учитывают степень опасности этих веществ для окружающей среды и
здоровья населения.
В экономическом отношении платежи за загрязнение окружающей
среды представляют собой особый вид косвенного налогообложения. При
этом они не рассматриваются как компенсация за наносимый экологический
ущерб. С одной стороны, платежи за загрязнения представляют убыток для
экономики, так как увеличивают затраты производства. С другой стороны,
государство должно регулировать отрицательный эффект производства на
окружающую среду путем установления оптимальных размеров налога или
платы, которые не снижали бы объемы экономической деятельности.
Плату за выбросы (сбросы) загрязняющих веществ от стационарных
источников
в
размерах,
не
превышающих
установленные
природопользователю предельно допустимые нормативы выбросов,
определяют путем умножения соответствующих ставок платы на величину
загрязнения и суммирования полученных произведений по видам
загрязняющих веществ (при М i или = М нi ):
n
П н = ∑ Cнi ⋅ M i ,
i =1
1
(1)
где i − вид загрязняющего вещества (i = 1, 2, …, п); П н − плата за выбросы
(сбросы) загрязняющих веществ в размерах, не превышающих предельно
допустимые нормативы, руб.; C нi − ставка платы за выброс (сброс) 1 т i -го
загрязняющего вещества в пределах допустимых нормативов, руб.; M i −
фактический выброс (сброс) i -го загрязняющего вещества, т;
Снi = Н бнi ⋅ К э
(2)
где Н бнi − базовый норматив платы за выброс (сброс) 1 т i −го загрязняющего
вещества в размерах, не превышающих допустимых нормативов, руб. (табл.
П5); К э − коэффициент экологической ситуации и экологической
значимости.
Плату за выбросы (сбросы) загрязняющих веществ в пределах
установленных лимитов определяют путем умножения соответствующих
ставок платы за разницу между лимитными и предельно допустимыми
выбросами (сбросами) загрязняющих веществ и суммирования полученных
произведений по видам загрязняющих веществ (при М нi < М нi < или = М лi ):
П л = ∑ Cлi ⋅ (M i − M нi ) ,
n
i =1
(3)
где i − вид загрязняющего вещества ( i = 1, 2,…, n ); П л − плата за выбросы
(сбросы) загрязняющих веществ в пределах установленных лимитов, руб.; С лi
− ставка платы за выброс (сброс) 1 т i -го загрязняющего вещества в пределах
установленного лимита, руб.; М i − фактический выброс (сброс) i -го
загрязняющего вещества, т; M нi − предельно допустимый выброс (сброс) i -го
загрязняющего вещества, т; М лi − выброс i -го загрязняющего вещества в
пределах установленного лимита, т;
C лi = Н блi ⋅ К э ,
(4)
где Н блi − базовый норматив платы за выброс (сброс) 1 т i -го загрязняющего
вещества в пределах установленного лимита, руб.
Плату за сверхлимитный выброс (сброс) загрязняющих веществ, а
также в случае аварийных ситуаций, определяют путем умножения
соответствующих ставок платы за загрязнение в пределах установленных
лимитов на величину превышения фактической массы выбросов над
установленными лимитами, суммирования полученных произведений по
2
видам загрязняющих веществ и умножения этих сумм на пятикратный
повышающий коэффициент (при М i > М лi ):
П cл = 5∑ Cлi ⋅ (M i − M лi ).
n
(5)
i =1
Общую плату за загрязнение определяют по формуле
П вод = П н + П л + П сл .
(6)
Плату за сбрасываемые в водные объекты и на рельеф местности
токсичные сточные воды взимают независимо от соблюдения
природопользователем установленных нормативов предельно допустимых
сбросов и лимитов сброса загрязняющих веществ, содержание которых
определяют результатами гидрохимических измерений.
Плату определяют путем умножения повышающего коэффициента,
зависящего от показателя степени токсичности, на сумму платы за сброс
загрязняющих веществ:
П ТВОД = K Т ⋅ П ВОД ,
(7)
где КТ – повышающий коэффициент, зависящий от показателя степени
токсичности сбрасываемых возвратных вод (табл. 1); ПВОД – общая сумма
платы за загрязнение при сбросе.
Значения повышающего коэффициента Кт
Категория
возвратных вод
Нетоксичная
Малотоксичная
Среднетоксичная
Высокотоксичная
Гипертоксичная
Показатель токсичности
возвратных вод
0
1–16
17–50
51–99
100 и более
Таблица 1
Повышающий
коэффициент
1,0
1,0
1,5
1,8
2,0
При не проведении токсикологического контроля сточных вод и
непредставлении данных об их токсичности, независимо от результатов
гидрохимического контроля, массу сброса загрязняющих веществ,
превышающую установленные нормативы предельно допустимого сброса
(ПДС), считают сверхлимитной и фактический общий размер платы
определяют путем суммирования:
величины платы, рассчитанной как за сброс загрязняющих веществ в
пределах установленных нормативов ПДС и умноженной на повышающий
3
коэффициент, установленный для временно разрешенной к сбросу категории
сточных вод;
величины платы, рассчитанной как за сверхлимитный сброс
загрязняющих веществ и умноженной на повышающий коэффициент,
установленный для гипертоксичной категории возвратных вод.
При сбросе загрязняющих веществ в специальные водооотводящие
устройства (сбросные и дренажные канавы, балки и т. д.), через которые
сточные воды попадают в водный объект, плату определяют как за сброс в
пределах допустимых нормативов.
В случае сброса загрязняющих веществ на рельеф местности без
соответствующего разрешения плату взимают как за сверхлимитное
загрязнение.
Неорганизованный сброс загрязняющих веществ – это вынос загрязняющих
веществ с территории водосбора предприятий, организаций и прилегающей к ним
инфраструктуры поверхностным стоком (отведение дождевых, талых и поливочных вод)
за пределы территорий предприятий по естественному уклону местности в кюветы дорог,
овраги, ручьи, пруды и иные водные объекты либо в ливневую канализацию соседних
предприятий и организаций. Порядок расчета платы установлен Методическими
указаниями за неорганизованный сброс загрязняющих веществ в водные объекты, его
производят в зависимости от функционального использования территории для:
промышленно-урбанизированных территорий;
сельскохозяйственных территорий производственного назначения (без
сельскохозяйственных угодий и площадей под жилым фондом и
приусадебными участками);
эродированных и эрозионно-опасных земель сельскохозяйственного
назначения;
площадей рубок леса главного пользования.
Неорганизованный сброс загрязняющих веществ и расчет платы за
загрязнение окружающей среды осуществляют на основе разрешения,
выдаваемого территориальным органом Минприроды России. При
отсутствии у природопользователя разрешения, оформленного в
установленном порядке, размер платы рассчитывает природопользователь
или территориальный орган Минприроды России как для условий
сверхлимитного сброса.
Контрольные вопросы к лекции 16
1. Методы экономического регулирования в области охраны
окружающей среды и использования природных ресурсов.
2. За какие виды негативного воздействия на окружающую среду
взимается плата?
3. Виды базовых нормативов платы.
4. Дайте определение лимитных и сверхлимитных выбросов (сбросов).
5. Чему равен повышающий коэффициент для сверхлимитных выбросов
(сбросов)?
6. Особенность расчета платы за сбрасываемые токсичные сточные воды.
4
Лекция 6. Предотвращение экологического ущерба
Производственная и иная деятельность снижают потенциал полезного
использования
окружающей
среды
в
процессе
общественного
воспроизводства в настоящее время, в перспективе или в настоящем и
будущем одновременно. Это явление выражается в ухудшении физических
показателей и эстетических функций окружающей среды или ее
компонентов, которое отрицательно воздействует на реципиенты. В качестве
реципиентов рассматривают население, объекты жилищно-коммунального
хозяйства (селитебная территория, жилищный фонд, городской транспорт,
зеленые насаждения и пр.), сельскохозяйственные угодья, лесные ресурсы,
основные производственные фонды объектов экономики, рыбное хозяйство,
рекреационные объекты и т. д.
Отрицательное воздействие загрязненной или нарушенной каким-либо
иным образом окружающей среды на реципиентов, выраженное в денежной
форме, называют экологическим ущербом.
Экологический ущерб является комплексным показателем, который
определяют как сумму ущербов, наносимых отдельным реципиентам в
пределах нарушенной производственной и иной деятельностью территории.
Для определения экологического ущерба от всех видов нарушений
среды необходима количественная оценка изменений физического состояния
реципиентов. С этой целью составляют перечень всех видов воздействий на
окружающую среду (с указанием величин и структуры выбросов, других
видов и масштабов нарушений) по предприятиям экономики, сельского
хозяйства, строительства, транспорта, коммунально-бытового хозяйства и др.
Основными количественными показателями состояния реципиентов
являются следующие:
для населения – экологически обусловленная работоспособность,
средняя продолжительность жизни и заболеваемость (с подразделением
заболевших по полу, возрасту, характеру занятости и тяжести заболевания);
жилищно-коммунального хозяйства – срок службы фондов
непроизводственной сферы, периодичность текущего и планового
(предупредительного) ремонта жилых и общественных зданий, состояние
городских зеленых насаждений и пр.;
сельскохозяйственных угодий, лесного и рыбного хозяйства –
продуктивность угодий и водоемов, качество продукции сельского и лесного
хозяйства, загрязнение земельных угодий и водоемов, площади
деградирующих лесных сообществ и площади эвтрофированных водоемов,
рыбопродуктивность и рыбные ресурсы (с учетом ценности пород),
продуктивность скота на кормовых угодьях;
основных производственных фондов – сроки физического износа и
длительности межрайонных циклов, количество отказов в работе
производственного
оборудования;
экологически
обусловленная
производительность машин и оборудования; стоимость основных
производственных фондов, находящихся в загрязняемой зоне; стоимости
основных производственных фондов природоохранного назначения;
фондоотдачи.
В расчетах используют три операционные категории, связанные с
понятием экологического ущерба:
5
полный ущерб – оценка в денежной форме негативных последствий в
случае отказа от проведения мероприятий по охране окружающей среды;
предотвращенный ущерб;
остаточный ущерб – оценка в денежной форме негативного
воздействия нарушенной окружающей среды на реципиентов из-за неполной
нейтрализации производственной
и иной деятельности.
Оценка экономического ущерба, причиняемого годовыми выбросами
загрязнений в атмосферу или сброса их в водные объекты проводится для
установления экономической эффективности мер, направленных на
ликвидацию ущерба от загрязнения или его предотвращения.
Экологический ущерб от загрязнения атмосферного воздуха и
водных объектов
Ущерб от загрязнения рассчитывается по формулам:
а) для атмосферного воздуха
У = ψ ⋅ δ(λ ) ⋅ f (λ ) ⋅  ∑ a i (λ ) ⋅ mi  ,
 i

(1)
где ψ – удельный экологический ущерб от выбросов в атмосферу, руб./усл. т
(табл. 4.3); δ (λ) – коэффициент экологической ситуации и значимости; f(λ) –
коэффициент, учитывающий характер рассеивания примеси в атмосфере
(табл. 4.4);
а i (λ) – коэффициент эколого-экономической опасности
вещества i-го вида в атмосфере, усл. т/т (табл. 4.5); mi – масса годового
выброса примеси i-го вида в атмосферу, т/год;
б) для водных объектов


У = ψ ⋅ k (λ ) ⋅  ∑ a i (λ ) ⋅ mi  ,
 i

(2)
где ψ – удельный экологический ущерб от загрязнений, руб./усл. т; (табл.
П9) k(λ) – коэффициент экологической ситуации и значимости; а i (λ ) –
показатель относительной опасности сброса примеси i-го вида в водоем, усл.
т/т; (табл. 4.6) mi – масса сброса примеси i-го вида в водоем, т/год.
Принцип предлагаемых методов расчета состоит в том, что все вредные
вещества классифицируют по степени относительной опасности. При этом
каждому из вредных веществ придают весовой коэффициент а i (λ) ,
учитывающий, во сколько раз одно вредное вещество опаснее другого.
Объемы фактических выбросов (сбросов) m, умноженные на весовые
коэффициенты, называют приведенной массой выбросов (сбросов) из
источника загрязнения. Приведенная масса измеряется в условных единицах,
например условных тоннах. Величина коэффициента относительной
6
опасности вредного вещества является функцией, обратной его предельно
допустимой концентрации:
а i (λ) = 1 / ПДК .
(3)
Коэффициент ψ служит для измерения денежной оценки приведенных
выбросов в атмосферу и в водные объекты. Эти коэффициенты должны
отражать все изменения, происходящие в экономике, и корректироваться в
соответствии с протекающими в ней инфляционными процессами, а также
объемы выбросов в сравнении с лимитами для каждой территории. Значение
коэффициентов ψ для расчета загрязнений атмосферы и водных объектов не
совпадают.
Экологический ущерб от аварии на опасном производственном
объекте
Структура полного ущерба от аварии на опасном производственном
объекте, как правило, включает: полные финансовые потери организации,
эксплуатирующей опасный производственный объект, на котором произошла
авария; расходы на ликвидацию аварии; социально-экономические потери,
связанные с травмированием и гибелью людей (как персонала организации,
так и третьих лиц); вред, причиненный окружающей среде; косвенный ущерб
и потери государства от выбытия трудовых ресурсов.
Вред, причиненный окружающей среде определяется результатами экологического
ущерба, который рекомендуется рассчитывать как сумму ущербов от различных видов
негативного воздействия на объекты окружающей природной среды:
П экол = Э а + Э в + Э п + Э б + Э о ,
(4)
где Эа – ущерб от загрязнения атмосферы, руб.; Эв – ущерб от загрязнения
водных объектов, руб.; Эп – ущерб от загрязнения почвы, руб.; Эб – ущерб,
связанный с уничтожением биологических (в том числе лесных массивов)
ресурсов, руб.; Эо – ущерб от засорения (повреждения) территории
обломками (осколками) зданий, сооружений, оборудования и т. д., руб.
Ущерб от загрязнения атмосферного воздуха Эа, как правило,
определяют исходя из массы загрязняющих веществ, рассеивающихся в
атмосфере.
Ущерб от загрязнения водных объектов Эв рекомендуется определять
суммированием ущерба от изменения качества воды и размера потерь,
связанных со снижением биопродуктивности водного объекта. Ущерб от
изменения качества воды оценивают на основании утвержденных
нормативных документов.
Ущерб от загрязнения почвы Эп необходимо определять с учетом
загрязнения земель химическими веществами и экспертной оценки
стоимости потерь, связанных с деградацией земель в результате негативного
воздействия.
Размер взыскания за ущерб, связанный с уничтожением биологических
7
ресурсов Эб, как правило, определяют в соответствии с разработанными
инструкциями и размерам такс .
Величину ущерба от засорения территории обломками (Эо)
рекомендуется определять в размере платежа за размещение отходов на не
отведенной для этой цели территории в соответствии с инструктивнометодическими указаниями по взиманию платы за загрязнение окружающей
природной среды.
Предотвращенный
окружающей среды
экологический
ущерб от
загрязнения
Под предотвращенным ущербом понимают разность между
возможным и фактическим ущербом.
Экономическую оценку предотвращенного экологического ущерба
определяют по следующим видам компонентов окружающей среды:
атмосферный воздух;
водные ресурсы;
почвы и земельные ресурсы;
биологические ресурсы (растительный и животный мир).
К основным факторам, влияющим на величину предотвращенного
экологического ущерба на территории субъекта России, относятся
следующие:
масса загрязняющих веществ, не поступивших (предотвращенных, не
допущенных к выбросу и сбросу) в атмосферный воздух и в водные объекты
в результате природоохранной деятельности;
объемы использованных, обезвреженных отходов производства и
потребления, не поступивших на размещение, а также снижение объемов
размещенных отходов в результате их вовлечения в производственную и
иную деятельность от объектов, контролируемых природоохранными
органами;
уменьшение площадей земель под несанкционированными свалками;
уменьшение загрязнения земель химическими веществами;
уменьшение площадей деградированных земель и др.
Экологическая безопасность
Обеспечение экологической безопасности как важнейший компонент
национальной безопасности оказывает все большее влияние на благополучие
и здоровье населения, а также на экономическое развитие всех отраслей
народного хозяйства.
Среди важнейших составляющих экологической безопасности страны –
решение проблем внедрения новых технологий, производства экологически
безопасных
машин
и
оборудования,
экологически
чистых
ресурсосберегающих технологий, широкое внедрение малоотходных и
безотходных
производств
как
в промышленности,
так и
в
сельскохозяйственном производстве, на транспорте и в строительстве.
8
Каждая новая технология, каждая новая машина, каждый новый проект
строительства должны быть подвергнуты не только государственной, но и
независимой общественной экологической экспертизе.
Важнейшей задачей сегодняшнего дня является создание на основе
рынка экологических требований. Это значит, что при прочих равных
условиях, во-первых, не получает преимущество в конкурентной борьбе
продукция, имеющая худшие экологические характеристики или
производимая по технологиям с относительно более вредным воздействием
на окружающую среду, и, во-вторых, изымается из обращения на рынке
продукция, опасная для здоровья и окружающей среды (при неприемлемом
риске).
В настоящее время в целях охраны окружающей среды необходимо
реализовать мероприятия, не требующие значительных капитальных
вложений и материальных средств:
• не допустить превращения России в сырьевой придаток промышленно
развитых стран;
• ввести экологические ограничения на хозяйственную деятельность, т. е.
повсеместно на всех загрязняющих природу предприятиях и в
организациях любых форм собственности должны быть введены
ограничения годовых выбросов (сбросов) загрязняющих веществ по
территориям и экосистемам с учетом их поэтапного снижения и
доведения в итоге до нормального уровня;
• обеспечить привлечение капитала (инвестиций) в природоохранные
проекты, переработку промышленных и бытовых отходов.
Анализ состояния окружающей среды, отраженный в многочисленных
публикациях последних лет, показывает, что, несмотря на экологическую
дестабилизацию, можно приостановить ее нарастание за счет решения
наиболее эффективных проблем, связанных с сохранением окружающей
среды и более рациональным использованием ресурсов.
В ближайшее время необходимо:
решить проблемы зон чрезвычайной ситуации и экологического
бедствия;
предотвратить рост техногенных катастроф;
принять
исчерпывающие
меры
улучшения
качества
среды
жизнедеятельности человека.
При Правительстве РФ с 1997 г. функционирует совет по экологической
безопасности, приоритетными направлениями работ которого являются:
выявление и регистрация новых потенциально опасных химических и
биологических веществ, соответствующих технологий, опасных объектов
промышленности, энергетики и сельского хозяйства;
оценка риска экологически опасных факторов для здоровья населения;
оценка воздействия на окружающую среду различных видов текущей и
потенциальной хозяйственной или иной деятельности, а также их
экологическая экспертиза;
9
обязательное предупреждение и информирование общественности,
граждан и органов управления всех уровней о действиях, технологиях,
веществах и т. п., могущих привести к деградации окружающей среды и
ухудшению здоровья населения.
Утверждена Концепция национальной безопасности РФ, которая
отражает современные взгляды и задачи, принципы, методы и механизмы
обеспечения экологической безопасности (1997).
По проблеме экологической безопасности выполнялись и выполняются
многие экологические программы, например:
государственная научно-техническая программа «Экологическая
безопасность России» (1993 – 1995);
программы защиты окружающей природной среды и населения от
диоксинов и диоксиноподобных токсикантов (1996 – 1997);
программы, обеспечивающие выполнение международных обязательств
России;
программы Единой государственной автоматизированной системы
контроля рационной обстановки на территории РФ, а также целевые научноисследовательские программы, в том числе «Глобальные изменения
природной
среды
и
климата»,
«Безопасность
населения
и
народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и
техногенных катастроф».
К числу прикладных программ относятся такие, как «Экологически
безопасные
процессы
химии
и
химической
технологии»,
«Ресурсосберегающие и экологически безопасные процессы горнометаллургического производства» и др.
Однако следует при этом отметить, что государственное управление в
области охраны окружающей среды и природопользования является
недостаточно эффективным по ряду причин. Основными из них можно
назвать следующие: недостаточный объем финансирования, несовершенство
законодательной базы, слабая техническая оснащенность объектов
экономики, недостаточная координация деятельности природоохранных
служб и других государственных органов, очень слабая укомплектованность
служб специалистами-экологами, недостаточное внимание к вопросам
экологии со стороны региональных администраций и выборных органов. Это
значит, что существующая структура управления в области охраны
окружающей среды и использования природных ресурсов требует
радикального изменения, в частности, необходимо разделение функций
природопользования и контроля, установление единой системы управления и
координаций службами контроля, улучшение технической базы служб
контроля.
В условиях структурной перестройки хозяйства разумная экологическая
стратегия прежде всего предполагает разумную экологически обоснованную
технологическую и техническую политику. Эту политику можно
10
сформулировать коротко: производить больше с минимальными затратами, т.
е. сберегать ресурсы, использовать их с наибольшим эффектом,
совершенствовать и быстро менять технологию. Иными словами, должна
быть
обеспечена
стратегия
превентивных
экологических
мер,
заключающаяся во внедрении самых совершенных технологий при
структурной перестройке хозяйства, обеспечивающих энерго- и
ресурсосбережения, открывающая возможности совершенствования и
быстрой смены технологий, минимизацию отходов. Концентрация усилий
при этом должна быть направлена на развитие производства
потребительских товаров и увеличение доли потребления. В целом хозяйство
России должно максимально сократить энерго- и ресурсоемкость валового
национального продукта и потребление энергии и ресурсов в расчете на
одного жителя. Самая рыночная система и конкуренция должны
способствовать реализации этой стратегии.
В этом же направлении превентивной экологической стратегии
необходимо решать вопросы с продажей ресурсов за рубеж. Следует
постепенно сокращать как физический объем таких продаж, так и долю
ресурсов в общем экспорте. Особенно актуален вопрос передачи добычи
ресурсов в руки зарубежных инвесторов. Уже сейчас отмечается совершенно
явная тенденция зарубежных инвесторов вкладывать капитал в первую
очередь в ресурсодобывающие отрасли, особенно в нефтегазодобычу. Такая
тенденция, если она возобладает, будет способствовать еще большему сдвигу
страны к экологическим проблемам третьего мира.
В русле превентивной экологической стратегии необходимо решать в
переходный период и другие вопросы: вывод экологиески опасных
производств из мест массового проживания населения в более отдаленные
места; строительство новых объектов с экологически чистой технологией и т.
п.
Одной из главных задач экологической стратегии на переходный период
должна быть задача максимального сокращения потребления первичной
биологической продукции на территории России в первую очередь за счет
сокращения потребления территории и рубок леса, а также путем более
интенсивного лесовосстановления, расширению площадок особо охраняемых
территорий в первую очередь заповедников и национальных парков.
Реализация
нижеизложенных
мероприятий
по
оздоровлению
экологической обстановки и улучшению природопользования в Российской
Федерации внесет существенный вклад по предотвращению дальнейшего
загрязнения окружающей среды во всех регионах страны.
Мероприятия предусматривают основные цели, которые должны быть
поэтапно достигнуты в результате природоохранной работы:
• сокращение выбросов вредных веществ в атмосферу более чем в 2 раза;
11
• снижение уровня загрязнения атмосферы до допустимого по санитарным
нормам вначале в промышленных центрах с наиболее высоким уровнем
загрязнения атмосферы и городах-курортах, других населенных пунктах;
• оптимизация водопотребления в сельском и коммунальном хозяйстве;
• обеспечение защиты почв от эрозии за счет внедрения комплекса
противоэрозийных мероприятий и равновесия между отработкой и
рекультивацией земель;
• максимальное сохранение и воспроизводство лесных ресурсов,
повышение биологической устойчивости лесов;
• повышение в 2–3 раза продуктивности охотничьих угодий;
• увеличение площадей заповедных территорий до оптимального уровня;
• увеличение полноты извлечения из минеральных ресурсов полезных
ископаемых;
• внедрение малоотходных технологий и создание безотходных
территориальных
промышленных
комплексов,
максимальное
использование отходов.
В настоящее время вопросы экологической безопасности актуальны для
всего мирового сообщества. Ряд проблем можно и необходимо решать в
пределах отдельного государства или региона, но в целом экологическая
безопасность жителей земли может быть обеспечена лишь усилиями всего
человечества. Россия имеет большой опыт в решении проблем защиты
окружающей природной среды на основе научных подходов.
В нашей стране впервые для изучения экологических сообществ стали
выделять специально охраняемые территории – кроме того, мы первыми
стали осуществлять планирование регионального землепользования и
восстановление разрушенных ландшафтов на основе экологических
исследований. Сейчас этими идеями и концепциями при разработке
политики в области охраняемых территорий руководствуются во многих
странах.
В последние годы большие научные коллективы во всем мире
занимаются анализом конкретных проблем: озонового слоя, парникового
эффекта, загрязнение морей и океанов, воздушного бассейна, производства
продуктов питания, а также соответствия все увеличивающихся
потребностей растущего человечества уменьшению природных ресурсов
планеты и других весьма важных вопросов жизнедеятельности людей, так
как решение глобальных экологических проблем совершенно недостаточно
осуществлять мерами локального характера (выделением дополнительных
капитальных вложений на природоохранные мероприятия, введением низких
платежей за загрязнение окружающей среды и пользование сырьевыми
ресурсами и т. д.).
Стало очевидным, что вмешательство человека в естественные
природные процессы зашли уже так далеко, что связанные с этим изменения
среды могут стать необратимыми, а разрушительная деятельность и ее
последствия не могут быть решены хозяйственными природоохранными
12
мероприятиями и вложениями капитала. Необходимо осознать, что природа
– это не капитал человечества, а его естественное окружение, без которого он
не может жить и где он является только одним из множества элементов. Вся
же природная система поддерживает стабильные условия окружающей
среды, благоприятные для жизни в целом и человека в частности.
Характер деятельности человека определяет судьбу всех форм жизни на
земле. Обществу необходимо определить разумную перспективу своего
развития и будущего. Чтобы обеспечить устойчивое будущее потребуется
изменить мировую экономику, демографическую политику, создать условия
для формирования разумных потребностей у людей, во многом отказаться от
привычного образа жизни по отношению к окружающей природной среде,
при котором не всегда учитываются возможности биосферы, что порождает
безответственное отношение.
Роль России в решении планетарных экономических проблем
определяется обладанием большими по площади территориями, практически
не затронутыми хозяйственной деятельностью и являющимися резервом
устойчивости всей биосферы в целом. В этой связи приоритетными
направлениями в обеспечении экологической безопасности также следует
считать дальнейшую работу по сохранению и созданию новых особо
охраняемых природных территорий и международное сотрудничество в
области охраны окружающей природной среды.
Экологическими правонарушениями называются противоправные
действия, нарушающие природоохранительное законодательство и
причиняющие вред окружающей природной среде и здоровью человека.
Экологические правонарушения подразделяются на экологические
проступки, не относящиеся к категории общественно опасных, и
экологические преступления, которые посягают на экологическую
безопасность общества, причиняют существенный вред ОПС и здоровью
человека.
Юридическая ответственность за экологические правонарушения,
являясь одной из форм государственного принуждения, имеет основную
задачу – способствовать выполнению экологических интересов общества.
Законом РФ «Об охране окружающей среды» (раздел XIV) определен
ряд
видов
ответственности
за
экологические
правонарушения:
дисциплинарная, административная, уголовная, материальная.
К дисциплинарным наказаниям относятся предупреждение, выговор,
строгий выговор, понижение в должности и в окладе, увольнение с работы.
Они налагаются на должностные лица, рабочих и служащих руководителем
предприятия, организации, учреждения в случае невыполнения ими своих
обязанностей, которые связаны с охраной ОПС.
Административная
ответственность
распространяется
на
организации, предприятия, должностные лица, отдельных граждан и
устанавливается, например, за порчу, повреждение, уничтожение природных
13
объектов, несоблюдение экологических требований при захоронении
опасных отходов и т.д. В качестве мер административной ответственности
наиболее часто применяются денежный штраф, изъятие орудий и средств
совершения правонарушения (оружие, рыболовные снасти), конфискация
незаконно добытой рыбы, дичи и т.д.
Уголовная ответственность, связанная с лишением свободы,
конфискацией имущества, крупным денежным штрафом, определяется
Уголовным кодексом РФ и наступает только по приговору суда. К особо
тяжелым уголовным преступлениям относится, например, умышленное
уничтожение лесных массивов путем поджога. Уголовными преступлениями
считаются незаконные охота, порубка леса, а также умышленное загрязнение
атмосферного воздуха и водоемов.
В соответствии со ст. 79 упомянутого Закона предприятия,
учреждения, организации и граждане, причинившие вред ОПС, здоровью и
имуществу граждан, народному хозяйству загрязнением окружающей среды,
порчей, уничтожением, повреждением, нерациональным использованием
природных ресурсов, разрушением естественных экологических систем и
другими экологическими правонарушениями, обязаны возместить его в
полном объеме.
Контрольные вопросы к лекции 17
7. Экологический ущерб и его виды.
8. Что учитывает коэффициент экологической ситуации и значимости
при расчете экологического ущерба?
9. Принципы расчета экологического ущерба от аварии на опасном
производственном объекте.
10.Сущность предотвращенного экологического ущерба.
11.Основные составляющие экологической безопасности.
12.Важнейшие мероприятия по природоохранной деятельности в РФ.
13.Ответственность за экологические правонарушения.
14
Лекция 7. Источники загрязнения атмосферы
Атмосфера (от греч. atmos – пар и sphaira – шар) – это газовая оболочка,
окружающая Землю, и участвующая в ее суточном вращении. Масса атмосферы
составляет около 5,15 · 1015 т. Для атмосферы характерна четко выраженная
слоистость, определяемая особенностями вертикального распределения
температуры и плотности составляющих ее газов. В атмосфере выделяют
тропосферу (до высоты 10–18 км), стратосферу (до высоты 80 км) и
ионосферу (свыше 80 км).
Переходной областью между атмосферой и межпланетным
пространством является самая внешняя ее часть – экзосфера, состоящая из
разреженного водорода. Первые же полеты искусственных спутников
обнаружили, что Земля окружена несколькими оболочками заряженных частиц,
газокинетическая температура которых достигает нескольких тысяч градусов.
Эти оболочки получили название радиационных поясов. Заряженные частицы –
электроны и протоны солнечного происхождения – захватываются магнитным
полем Земли и вызывают в атмосфере различные явления, например полярные
сияния. Радиационные пояса составляют часть магнитосферы.
Атмосфера обеспечивает возможность жизни на Земле и оказывает
влияние на геологические процессы. Современная атмосфера имеет, повидимому, вторичное происхождение; она возникла из газов, выделенных
твердой оболочкой Земли (литосферой) после образования планеты. В
течение геологической истории Земли атмосфера претерпела значительную
эволюцию под влиянием ряда факторов: рассеяния газовых молекул в
космическое пространство, выделения газов из литосферы в результате
вулканической деятельности, диссоциации (расщепления) молекул под
влиянием солнечного ультрафиолетового излучения, химических реакций
между компонентами атмосферы и породами, слагающими земную кору,
захвата метеорного вещества. Состояние и развитие атмосферы тесно связано
не только с геологическим и геохимическими процессами, но также и с
деятельностью живых организмов, в частности человека.
Атмосфера защищает поверхность Земли от разрушительного действия
падающих камней (метеоритов), большое число которых сгорает при
вхождении в ее плотные слои. Слой озона в атмосфере задерживает
значительное число ультрафиолетового излучения Солнца, которое
губительно действовало бы на живые организмы.
Практически единственным источником энергии для всех физических
процессов, развивающихся в атмосфере, является солнечное излучение.
Главная особенность радиационного режима атмосферы – так называемый
парниковый эффект – состоит в том, что ею почти не поглощается излучение
в оптическом диапазоне (большая часть излучения достигает земной
поверхности и нагревает ее) и не пропускается в обратном направлении
инфракрасное (тепловое) излучение Земли, что значительно снижает
теплоотдачу планеты и повышает ее температуру. Часть падающего на
атмосферу солнечного излучения поглощается (главным образом водяным
паром, углекислым газом, озоном и аэрозолями), другая часть рассеивается
газовыми молекулами (чем объясняется голубой цвет неба), пылинками и
флуктуациями плотности. Рассеянное излучение суммируется с прямым
15
солнечным светом и, достигнув поверхности Земли, частично отражается от
нее, а частично поглощается. Доля отраженной радиации зависит от
отражательной способности подстилающей поверхности (альбедо).
Альбедо – это величина, характеризующая способность поверхности
отражать падающий на нее поток электромагнитного излучения или частиц.
Альбедо определяют как отношение величин отраженного и падающего
потоков и выражают в процентах. Ниже приведены некоторые примеры
величин альбедо для различных поверхностей:
свежевыпавший снег – 85 %;
песок кварцевый речной – 29 %;
лиственный лес – 16—27 %;
хвойный лес – 6—19 %;
желтые листья деревьев – 33—38 %.
Изменение альбедо отражается на радиационном балансе планеты и климате,
в том числе климате городов.
Радиация, поглощенная земной поверхностью, перерабатывается в
инфракрасное излучение, направленное в атмосферу. В свою очередь,
атмосфера является также источником длинноволнового излучения,
направленного к поверхности Земли (так называемое противоизлучение
атмосферы) и в мировое пространство (так называемое уходящее излучение).
Разность между коротковолновым излучением, поглощенным земной
поверхностью, и эффективным излучением атмосферы называют
радиационным балансом. Преобразование энергии излучения Солнца после
ее поглощения земной поверхностью и атмосферой составляет тепловой
баланс Земли. Потери тепла из атмосферы в мировое пространство намного
превосходят энергию, приносимую поглощенной радиацией, однако дефицит
восполняется его притоком за счет механического теплообмена и теплотой
конденсации водяного пара.
Атмосфера принципиально отличается от всех известных ученым
газовых оболочек других небесных тел, прежде всего своим составом.
Атмосферный воздух является жизненно важным компонентом
окружающей природной среды, неотъемлемой частью среды обитания
человека, растений и животных.
В течение исторически длительного периода времени атмосферный
воздух представляет собой смесь газов (в % по объему): азота – 78,084,
кислорода – 20,946, аргона – 0, 934, углекислого газа – 0,027 и 0,009 водорода,
неона, гелия, криптона, метана и др. В атмосферном воздухе присутствуют
также пыль – взвешенные в воздухе твердые частицы диаметром более 1 мкм
и аэрозоль – взвешенные мелкодисперсные коллоидные и твердые частицы
диаметром 0,1–0,001 мкм. Наиболее важная переменная составляющая
атмосферы – водяной пар. Изменение его концентрации колеблется в
широких пределах: от 3 % у земной поверхности на экваторе до 0,2 % в
полярных широтах. Основная масса его сосредоточена в тропосфере,
содержание определяется соотношением процессов испарения, конденсации
и горизонтального переноса. В результате конденсации водяного пара
образуются облака и выпадают атмосферные осадки (дождь, град, снег, роса,
туман). Существенная переменная компонента атмосферного воздуха –
углекислый газ СО2, изменение содержания которого связано с
16
жизнедеятельностью растений (процессами фотосинтеза) и растворимостью
в морской воде (газообменом между океаном и атмосферой).
Кроме химического состава, воздушная среда характеризуется
физическими параметрами (температура, относительная влажность, скорость,
барометрическое давление), ионным составом и другими показателями.
Вследствие большой подвижности атмосферного воздуха на всех
высотах в атмосфере наблюдаются ветры. Направления движения воздуха
зависят от множества факторов, но главный из них – неравномерность
нагрева атмосферы в разных районах. Вследствие этого атмосферу можно
уподобить гигантской тепловой машине, которая превращает поступающую
от Солнца лучистую энергию в кинетическую энергию движущихся
воздушных масс. По приблизительным оценкам, коэффициент полезного
действия (КПД) этого процесса 2 %, что соответствует мощности 2,26 · 1015
Вт. Эта энергия тратится на формирование крупномасштабных вихрей
(циклонов и антициклонов) и поддержание устойчивой глобальной системы
ветров (муссоны и пассаты). Наряду с воздушными течениями больших
масштабов в нижних слоях атмосферы наблюдаются многочисленные
местные циркуляции воздуха (бриз, бора, горно-долинные ветры и др.). Во
всех воздушных течениях обычно отмечаются пульсации, соответствующие
перемещению воздушных вихрей средних и малых размеров.
Ветер имеет большое значение в формировании физических и
химических свойств самого атмосферного воздуха, а также гидросферы и
литосферы. В атмосфере ветер влияет на интенсивность теплообмена,
влажность, давление, химический состав воздуха. Ветер важен для
растительного мира – без него невозможно опыление растений; ветер
участвует и в расселении беспозвоночных животных. Ветер может быть
источником энергии на ветроэлектрических станциях. Но иногда ветер
наносит ущерб окружающей природной среде, например, ежегодно на
планете в результате ветров в атмосферу попадает около 500 млн. т пыли;
бури могут выдувать верхние слои почвы, ухудшая ее состав и уничтожая
растительность.
Заметные изменения в метеорологических условиях возникают в
результате орошения, полезащитного лесоразведения, осушения заболоченных
районов, создания искусственных морей – водохранилищ. Эти изменения в
основном ограничиваются приземным слоем воздуха. Кроме негативного
воздействия на погоду и климат, деятельность человека приводит и к
изменению газового состава атмосферы.
Атмосферный воздух – это важный источник химического сырья для
промышленности: например, атмосферный азот является сырьем для
получения аммиака, азотной кислоты и другие химические соединений;
кислород используют в различных отраслях экономики. Все большее
значение приобретает освоение энергии ветра, особенно в районах, где
отсутствуют другие источники энергии.
Фотохимический смог образуется в загрязненном воздухе в
результате реакций, протекающих по следующей схеме:
NO2 + hV → NO + O,
O + O2 → O3,
17
CПНМ +О → ПАН,
CПНМ +О3 → ПАН.
При воздействии солнечного света (hV) происходит расщепление
молекул диоксида азота (NO2) с образованием оксида азота (NО) и атомарного
кислорода (О), который затем, соединяясь с молекулярным кислородом (О2),
дает озон (О3). Вступление атомарного кислорода и озона в реакцию с
углеводородами (СПНМ) сопровождается образованием пероксиацилнитрата
(ПАН).
Новые вещества – О3, ПАН и другие еще более токсичны по сравнению
со своими «родителями». Озон является сильным фитотоксином, подавляет
фотосинтез растений (окисляются и повреждаются клеточные мембраны),
представляет опасность для сельскохозяйственных угодий, отрицательно
отражается на здоровье людей, вызывает раздражение органов зрения,
обострение заболевания органов дыхания.
ПАН также является фитотоксином, но его окислительная способность
на несколько порядков выше, чем у озона.
Кислотные туманы и осадки возникают в результате образования
соединений серы и азота, загрязняющих атмосферный воздух.
Основные реакции в атмосфере идут следующим образом:
1-й вариант
SО2 + ОН → HSO3,
HSO3 + ОН → H2SO4.
2-й вариант
SO2 + hV → SO X2 ,
SO X2 + O2 → SO3 + O3,
SO3 + H2O → H2SO4.
Серная и азотная кислоты в виде капелек тумана держатся в воздухе, а
затем выпадают с дождем на землю. Кислотные туманы и осадки приводят:
к ухудшению состояния здоровья населения;
болезням и гибели растений, кустарников, деревьев;
росту кислотности водоемов и гибели их обитателей;
закислению почв, а, следовательно, и к уменьшению растворимости
тяжелых металлов в почве, их накоплению в сельскохозяйственных
культурах, а затем в организме человека по пищевым цепям через продукты
питания;
повреждению и гибели памятников архитектуры, истории и культуры;
коррозии металлоконструкций.
Причиной парникового эффекта является поглощение атмосферными
газами и парами исходящего от земной поверхности инфракрасного
излучения. Главными естественными атмосферными поглотителями
инфракрасного излучения являются двуокись углерода СО2, озон О3, пары
18
Н2О, а также капли облаков. Естественный парниковый эффект привел к
установлению некоторого равновесного климата (теплые экваториальные и
холодные полярные регионы с соответствующими потоками воздуха и
осадками). Глобальное повышение в атмосфере концентраций таких
газообразных соединений, как СО2, метана СН4, закиси азота N2O,
четырехфтористого углерода CF4, приводит к изменению климата Земли,
многолетних режимов, выпадения атмосферных осадков и биологического
разнообразия флоры и фауны.
Истощение озонового слоя происходит в результате поступления в
атмосферу таких соединений, как фреон-12 (CCl2F2), фреон-22 (CHClF2),
хлорфторуглерод-11 (CCl3F), хлорфторуглерод-113 (CCl2FCClF2)* и др.,
применяющихся в холодильных установках, системах кондиционирования
воздуха, при производстве пластмасс, очистке деталей электронного
оборудования. В результате метеорологических процессов и химических
реакций, которые для фреона-12, например, протекают следующим образом
CCl2F2 + УФ-излуч. → Сl + CClF2,
Сl + О3 → СlO + О2,
СlO + О → С1 + О2
значительная часть хлора высвобождается в виде атомарного хлора, который
участвует в разрушении озона. Эти реакции могут повторяться снова и снова
(один атом хлора может разрушить около 100 000 молекул озона).
Истощение озонового слоя приводит к повышению доли достигающего
поверхности Земли ультрафиолетового излучения, которое увеличивает
заболеваемость населения, губительно для фауны и флоры.
Нормирование загрязняющих веществ в атмосферном воздухе
населенных мест
Основой регулирования качества атмосферного воздуха населенных
мест согласно СанПиН 2.1.6.983–00 «Гигиенические требования к
обеспечению качества атмосферного воздуха населенных мест»» являются
гигиенические нормативы – ПДК примесей в атмосфере. В соответствии с
ГОСТ 17.2.1.06–77 примесь в атмосфере – это рассеянное в атмосфере
вещество, не содержащееся в ее постоянном составе. Примесями в атмосфере
являются загрязнения химическими и биологическими веществами. ПДК –
это максимальная концентрация примеси в атмосфере (мг/м3), отнесенная к
определенному времени осреднения, которая при периодическом
воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает на него
вредного воздействия, включая отдаленные последствия, и на окружающую
среду в целом. ПДК регламентируют ГН 2.1.6.1338–03.
Соединения, состоящие из атомов углерода С, хлора Сl и фтора F, в
естественной природе не существуют.
*
19
В жилой зоне и на других территориях проживания должны соблюдаться
ПДК. В местах массового отдыха населения, на территориях размещения
лечебно-профилактических учреждений длительного пребывания больных и
центров реабилитации принимается норма загрязнения 0,8 ПДК. К местам
массового отдыха населения относят территории, выделенные в генпланах
городов, схемах районной планировки и развития пригородной зоны, для
организации курортных зон, размещения санаториев, домов отдыха,
пансионатов, баз туризма, дачных и садово-огородных участков,
организованного отдыха населения (городские пляжи, парки, спортивные базы
и их сооружения на открытом воздухе).
Предотвращение появления запахов, раздражающего действия и
рефлекторных реакций у населения, а также острого влияния атмосферных
загрязнений на здоровье в период кратковременных подъемов концентраций
обеспечивается соблюдением максимальных разовых ПДК (ПДКм.р.),
получаемую осреднением результатов измерений концентрации вещества за
20 мин.
Предотвращение неблагоприятного влияния на здоровье населения при
длительном поступлении
атмосферных
загрязнений в организм
обеспечивается соблюдением среднесуточных ПДК (ПДКс.с.), которые не
оказывают на человека вредного воздействия при дыхании в течение суток.
Для веществ, по которым ПДК не определены, руководствуются
утвержденными на 3 года на основе гигиенических нормативов ГН
2.1.6.1339–03 ориентировочно безопасными уровнями воздействия
(ОБУВ) примесей в атмосфере.
Для предупреждения неблагоприятных последствий воздействия
микроорганизмов
гигиеническими
нормативами
ГН
2.1.6.711–98
установлены среднесуточные ПДК (ПДКс.с.), поскольку микроорганизмы
обладают резорбтивным характером действия на организм. Величины ПДК
выражены в микробных клетках на 1 м3.
Обеспечение качества атмосферного воздуха в населенных пунктах в
соответствии с гигиеническими требованиями зависит от размещения
промышленных предприятий, направления ветров, эффективности очистки
выбросов и др.
Для обеспечения охраны атмосферы устанавливают экологические
нормативы выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду, к
которым относятся предельно допустимые и временно согласованные
выбросы.
Согласно ГОСТ 17.2.1.06–77 предельно допустимый выброс (ПДВ) – это
научно-технический норматив, устанавливаемый из условия, чтобы содержание
загрязняющих веществ в приземном слое воздуха от источников или от
совокупности не превышало нормативов качества воздуха для населения,
животного и растительного мира. ПДВ представляет собой объем количество
загрязняющего вещества, выбрасываемое отдельным источником за единицу
времени, превышение которого ведет к превышению ПДК в среде,
окружающей источник загрязнения, и, как следствие, к негативным
последствиям в окружающей среде и к риску для жизни и здоровья людей.
20
Таким образом, выбросы вредных веществ на уровне предельно
допустимых в районе источника с учетом совокупности с другими
источниками не создают приземные концентрации, превышающие ПДК и др.
Работы по установлению ПДВ для предприятий и объектов города или
другого населенного пункта проводит головная организация по их
установлению. При этом обеспечивается проведение расчетов с учетом всех
предприятий и объектов, выбросы которых необходимо совместно учитывать
при установлении ПДВ.
В соответствии с нормативами предприятиям, учреждениям и
организациям – природопользователям в установленном порядке выдают
разрешение на выбросы загрязняющих веществ в окружающую природную
среду. Предприятия, для которых определены ПДВ, организуют систему
контроля за соблюдением нормативов.
Автомобильный транспорт является одним из основных источников
загрязнения атмосферы. В целях защиты населения и окружающей среды
Правительством РФ принято Постановление №609 от 12.10.05. об
утверждении специального технического регламента «О требованиях к
выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на
территории РФ, вредных (загрязненных) веществ». В данном регламенте вся
автомобильная техника подразделяется на типы по функциональному
назначению, максимальной массе, конструкции двигателя для отнесения её к
экологическому классу, для которых устанавливаются технические
нормативы выбросов. Всего определено 6 экологических классов
автомобильной техники (0 – 5).
С увеличением порядкового номера класса технические нормативы
выбросов уменьшаются. Если для класса „0” выбросы СО составляют в
пределах 85 г/кВт ∙ ч, для класса „1” – 72 г/кВт ∙ ч, то уже для класса „2” – 55
г/кВт ∙ ч, а для экологического класса „3” – 20 г/кВт ∙ ч и т.д. Введение в
действие технических нормативов выбросов будет осуществляться в
следующие сроки:
а) экологического класса 2 – с даты вступления в силу настоящего
регламента ;
б) экологического класса 3 – с 1 января 2008 года;
в) экологического класса 4 – с 1 января 2010 года;
г) экологического класса 5 – с 1 января 2014 года.
В регламенте также установлены основные технические требования к
характеристикам топлива для автомобильной техники в зависимости от
экологического класса.
Мониторинг и системы контроля, и наблюдения за атмосферным
воздухом
Мониторинг (от англ. monitoring, от лат. monitor – напоминающий,
надзирающий) атмосферного воздуха – это система наблюдений за
21
состоянием атмосферного воздуха, его загрязнением и за происходящими в
нем природными явлениями, а также их оценка и прогноз.
Условием эффективности мониторинга атмосферного воздуха является
наличие системы минимально достаточных показателей, позволяющей
контролировать санитарно-эпидемиоло-гическую и эколого-гигиеническую
ситуацию с наименьшими временными, финансовыми и трудовыми затратами.
Система контроля и наблюдения за загрязнением атмосферного
воздуха должна соответствовать требованиям ГОСТ 17.2.6:02-85 «Охрана
природы. Правила контроля качества атмосферного воздуха населенных
мест». Он устанавливает порядок согласования перечня загрязняющих
веществ, подлежащих контролю, методы их определения, а также
размещение постов наблюдения и периодичность отбора проб атмосферного
воздуха.
Проверку соответствия качества атмосферного воздуха населенных
мест установленным требованиям осуществляют на постах наблюдения трех
категорий: стационарном, маршрутном, передвижном (подфакельном).
Стационарный пост наблюдения – это место расположения специально
оборудованного павильона для размещения аппаратуры, необходимой для
непрерывной длительной регистрации концентраций загрязняющих атмосферу
веществ, приборов для отбора проб и измерения метеорологических параметров
по установленной программе. Из числа стационарных постов выделяют
опорные посты, которые предназначены для выявления долговременных
изменений содержания основных и наиболее распространенных загрязняющих
веществ (пыль, сернистый ангидрид, окись углерода, двуокись азота).
Маршрутный пост наблюдения – это место на определенном
маршруте, предназначенное для отбора проб воздуха по графику
последовательно во времени с помощью переносной аппаратуры и/или
передвижной лаборатории.
Подфакельный пост наблюдения – это место отбора проб по
установленной программе под факелом от источника загрязнения атмосферы.
Каждый пост независимо от категории размещают на открытой,
проветриваемой со всех сторон площадке с непылящим покрытием:
асфальте, твердом грунте, газоне – таким образом, чтобы были исключены
искажения результатов измерений наличием зеленых насаждений, зданий и т.
д.
Стационарный и маршрутный посты размещают в местах, выбранных
на основе предварительного исследования загрязнения воздушной среды
города промышленными выбросами, выбросами автотранспорта, бытовыми и
другими источниками и условий рассеивания. Эти посты размещают в
центральной части населенного пункта, жилых районах с различным типом
застройки (в первую очередь, наиболее загрязненных), зонах отдыха, на
территориях, примыкающих к магистралям интенсивного движения
транспорта.
Места отбора проб при подфакельных наблюдениях выбирают на
разных расстояниях от конкретного источника загрязнения с учетом
закономерностей распространения загрязняющих веществ в атмосфере.
22
Число постов и их размещение определяют с учетом численности
населения, площади населенного пункта и рельефа местности, а также
развития промышленности, сети магистралей с интенсивным транспортным
движением и их расположением по территории города, рассредоточенности
мест отдыха и курортных зон.
Число стационарных постов в зависимости от численности населения
устанавливается не менее:
1 пост – до 50 тыс. жителей, 2 поста – 100 тыс. жителей, 2–3 поста –
100–200 тыс. жителей, 3–5 постов – 200–500 тыс. жителей, 5–10 постов –
более 500 тыс. жителей, 10–20 постов (стационарных и маршрутных) – более
1 млн жителей.
В населенных пунктах устанавливают один стационарный или
маршрутный пост через каждые 0,5–5 км с учетом сложности рельефа и
наличия значительного количества источников загрязнения.
Устанавливают четыре программы наблюдений на стационарных постах:
полную, неполную, сокращенную, суточную.
Полная программа наблюдений предназначена для получения
информации о разовых и среднесуточных концентрациях. Наблюдения по
полной программе выполняют ежедневно путем непрерывной регистрации с
помощью автоматических устройств или дискретно через равные промежутки
времени не менее четырех раз с обязательным отбором в 1, 7, 13, 19 ч по
местному декретному времени. Допускается проводить наблюдения по
скользящему графику 7, 10, 13 ч во вторник, четверг, субботу и в 16, 19, 22 ч в
понедельник, среду, пятницу.
Наблюдения по неполной программе разрешается проводить с целью
получения информации о разовых концентрациях ежедневно в 7, 13, 19 ч, а
по сокращенной программе в 7 и 13 ч. Наблюдения по сокращенной
программе допускается проводить при температуре воздуха ниже минус 45
°С и в местах, где среднемесячные концентрации ниже 1/20 ПДК или меньше
нижнего предела диапазона измерений примеси м. р. используемым методом.
Программа суточного отбора проб предназначена для получения
информации о среднесуточной концентрации. Наблюдения по этой
программе проводят путем непрерывного суточного отбора проб.
В период неблагоприятных метеорологических условий и
значительного возрастания содержания загрязняющих веществ проводят
наблюдения через каждые 3 ч. При этом отбирают пробы под факелами
основных источников загрязнения и на территории наибольшей плотности
населения.
Одновременно с отбором проб воздуха определяют следующие
метеорологические параметры: направление и скорость ветра, температуру
воздуха, состояние погоды и подстилающей поверхности.
Результаты производственного контроля за загрязнением атмосферного
воздуха представляют в территориальные органы и учреждения
государственной санитарно-эпидемиологической службы и другие органы в
установленном порядке.
Санитарно-защитные зоны. Предприятия, группы предприятий, их
отдельные здания и сооружения с технологическими процессами,
являющиеся источниками негативного воздействия на среду обитания и
23
здоровье человека, отделяют от жилой застройки санитарно-защитными
зонами (СЗЗ) в соответствии с СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200–03 «Санитарнозащитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и
иных объектов». Санитарно-защитная зона – это зона разрыва между
промышленными предприятиями и ближайшими жилыми, общественными
зданиями. Территория санитарно-защитной зоны предназначена:
для обеспечения снижения уровня воздействия до требуемых
гигиенических нормативов по всем факторам воздействия за ее пределами;
для создания санитарно-защитного барьера между территорией
предприятия (группы предприятий) и территорией жилой застройки;
для
организации
дополнительных
озелененных
площадей,
обеспечивающих экранирование, ассимиляцию и фильтрацию загрязнителей
атмосферного воздуха и повышения комфортности микроклимата.
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 которой в сторону улицы или
площади не должны выступать здания и сооружения.
В СЗЗ не допускается размещение объектов для проживания людей.
СЗЗ или какая-либо ее часть не могут рассматриваться как резервная
территория объекта и использоваться для расширения промышленной или
жилой территории без соответствующей обоснованной корректировки
границ СЗЗ.
Размеры СЗЗ устанавливают расчетным путем с учетом места
расположения источников и характера создаваемого ими шума, инфразвука и
других физических факторов. Обоснованность расчетов для установления СЗЗ
подтверждают натурными замерами при приемке в эксплуатацию новых
объектов.
Для объектов, их отдельных зданий и сооружений с технологическими
процессами, являющимися источниками воздействия на среду обитания и
здоровье человека, в зависимости от мощности, условий эксплуатации,
характера и количества поступающих в окружающую среду загрязняющих
веществ, создаваемого шума, вибрации и других негативных физических
факторов, а также с учетом предусматриваемых мер по уменьшению
неблагоприятного влияния их на среду обитания и здоровье человека, и в
соответствии с санитарной классификацией предприятий, производств и
объектов установлены следующие минимальные размеры СЗЗ:
предприятия первого класса – 1000 м;
предприятия второго класса – 500 м;
предприятия третьего класса – 300 м;
предприятия четвертого класса – 100 м;
предприятия пятого класса – 50 м.
Для объектов, не включенных в санитарную классификацию, а также с
новыми, недостаточно изученными технологиями, не имеющим аналогов в
24
стране и за рубежом, ширину СЗЗ устанавливает в каждом конкретном
случае Главный государственный санитарный врач России или его
заместитель.
В границах СЗЗ допускается размещать:
сельхозугодья для выращивания технических культур;
предприятия, их отдельные здания и сооружения с производствами
меньшего класса вредности, чем основное производство;
пожарные депо, бани, прачечные, объекты торговли и общественного
питания, мотели, гаражи;
нежилые помещения для дежурного аварийного персонала и охраны
предприятий, помещения для пребывания работающих по вахтовому методу.
СЗЗ для предприятий IV, V классов должна быть максимально
озеленена – не менее 60 % площади; для предприятий II и III класса – не
менее 50 %; для предприятий, имеющих СЗЗ 1000 м и более – не менее 40 %
ее территории с обязательной организацией полосы древесно-кустарниковых
насаждений со стороны жилой застройки.
Контрольные вопросы к лекции 5
Атмосфера и ее роль в жизнедеятельности живых организмов.
Состав атмосферного воздуха.
Влияние ветра в атмосфере.
Кислотные туманы и осадки, причины возникновения и их
воздействие.
5. Парниковый эффект и климат Земли.
6. Влияние истощения озонового слоя.
7. Максимально разовая среднесуточная ПДК веществ в атмосфере.
8. Дайте определение предельно допустимого выброса (ПДВ).
9. Мониторинг и система контроля и наблюдения за атмосферным
воздухом.
10.Программы наблюдений на стационарных постах.
11.Санитарно-защитные зоны, их роль, классы и минимальные
размеры.
1.
2.
3.
4.
25
Лекция 8. Методы и средства защиты атмосферы от выбросов
Достижения научно-технического прогресса должны быть направлены на
решение проблемы защиты атмосферы от загрязнения. Сохранение чистоты
воздуха – большая социальная проблема, связанная с оздоровлением условий
жизни людей. Загрязнение атмосферного воздуха таит в себе не только
угрозу здоровью людей, но и наносит большой экологический ущерб.
Негативное влияние региональных загрязнений на здоровье людей,
продолжительность их жизни и младенческую смертность проявляется в
крупных городах и промышленных центрах. Чрезвычайно высокая
насыщенность крупных городов транспортом вносит очень весомый вклад в
их загрязнение. В условиях десятикратного превышения ПДК токсичных
веществ в атмосферном воздухе проживает население более 70 городов с
общей численностью более 50 млн. человек.
Основой системы защиты атмосферного воздуха от загрязнений в
настоящее время является ряд мер, включающих совершенствование
законодательно-нормативной
базы,
технологических
процессов
и
оборудования по снижению объемов загрязнений, методик расчетов
выбросов, а также использование эффективных методов очистки
выбрасываемых газов от вредных веществ, организацию санитарнозащитных зон, экологического контроля.
Уменьшения объемов загрязнения и улучшения качественных показателей
на промышленных предприятиях в первую очередь решают за счет
совершенствования производства. Прежде всего это ряд проводимых
мероприятий, состоящих в замене применяемых токсичных веществ
нетоксичными или малотоксичными, в использовании выбросов для других
технологических процессов и производств.
Кроме того, необходимо улучшать герметизацию аппаратуры и
коммуникаций, использовать методы проведения технологических процессов
в вакууме, чтобы вредные вещества не загрязняли воздух при
непредвиденном открывании аппаратов. Также места интенсивного
выделения вредных веществ следует оборудовать местными отсосами.
При выбросе вредных веществ в атмосферу наиболее эффективным
мероприятием, уменьшающим загрязнение наружной среды, является
очистка технических и вентиляционных выбросов.
Для повышения эффективности защиты атмосферы от вредных
выбросов и выбора метода очистки загрязненного воздуха необходимо знать
состав выбрасываемых вредностей и рассчитывать их количественные
показатели.
Техника очистки газов весьма разнообразна как по характеру
конструкций аппаратов удаления пыли и вредных газов, их масштабу, так и
по методам удаления пыли и вредных газов. Очистка газов может быть
механической (от твердых частиц и капелек жидкости), сорбционной и
26
основанной на химическом превращении вредных газов в безвредные
(каталитическое окисление, термическое разложение и т.д.).
Выбор метода очистки газов определяется в первую очередь их
химическими и физико-химическими свойствами, характером производства,
свойствами участвующих в производстве веществ, объемом выбрасываемого
газа и пыли, возможностью рекуперации или утилизации уловленных
продуктов и т.п.
Методы очистки загрязненного воздуха от газов и пыли
Газовые выбросы по агрегатному составу токсичных примесей можно
классифицировать на грубодисперсные, аэрозольные и молекулярные.
Грубодисперсная газовая смесь содержит твердые частицы размером
100 мкм и более. Аэрозоли содержат более мелкие частицы или капельки
жидкости. В молекулярных газовых системах токсичные примеси содержатся
в виде газа или пара.
При механической очистке воздуха от пыли и аэрозолей в
промышленности широко применяют пылеуловители следующих типов:
пылеосадительные
камеры,
циклоны,
промыватели,
фильтры,
электрофильтры.
В пылеосадительной камере осуществляется
гравитационное
осаждение тяжелой пыли размером более 50 мкм за счет резкого уменьшения
скорости движения загрязненного воздуха при входе в камеру (принимается 0,5
м/с), где пылинки, теряя скорость, осаждаются на дно. Различают
пылеосадительной камеры бункерного (рис. 1, б), лабиринтного типа (рис. 1, г),
многоярусные (рис. 1, а) и др. Пылеосадительная камера малоэффективна
при улавливании взвешенных твердых частиц и поэтому ее используют на
первой или предварительной ступени очистки.
В инерционных пылеуловителях твердые частицы осаждаются под
действием центробежной силы, возникающей в результате резкого изменения
направления движения потока газа, с одновременным ударом частиц о
конструктивные элементы.
Пылеуловители ударного действия представляют собой камеры с
внутренними препятствиями (пластинами, цилиндрами и т. д.),
расположенными таким образом, что запыленный поток газа при
прохождении по камере непрерывно и резко меняет направление движения.
По мере обтекания препятствий ударяющиеся о них частицы под действием
силы инерции выпадают из струи газа. Они особенно эффективны при
осаждении туманов, поскольку уловленные капельки образуют на
поверхности препятствий пленку, стекающую вниз.
27
Рис. 1. Схемы пылеосадительных камер:
а – многоярусная пылеосадительная камера; б – пылеосадительная камера бункерного
типа; в – простая камера; г – лабиринтная камера
Эффективность очистки от мелких частиц в таких аппаратах обычно
мала и зависит от числа препятствий, скорости столкновения, размера частиц
и их плотности, угла изменения направления движения и многих других
факторов. Они применяются для улавливания крупных частиц и некоторых
видов туманов. Как и пылеосадительные камеры, они нашли широкое
применение в качестве аппаратов предварительной очистки, поскольку стоят
недорого, просты по конструкции, потребляют мало энергии и их
температурные ограничения зависят только от материала, из которого они
изготовлены.
Циклонные
пылеуловители
(рис.
2)
являются
наиболее
распространенными средствами борьбы с промышленным загрязнением
атмосферы. Это самые простые по конструкции и экономичные уловители
твердых примесей. Пылеуловители циклонного типа работают по принципу
придания центробежной силы частицам, подлежащим удалению из воздушного
потока. У них цилиндрический корпус с коническим основанием. Содержащий
пыль поток газа тангенциально поступает в верхнюю часть цилиндрического
корпуса циклона (девиация снижает эффективность), опускается по спирали вниз
вдоль стенок конического корпуса, затем по спиралеобразной траектории
поднимается вверх и выходит из циклона через выхлопную трубу. При движении
потока по спирали вниз частицы под действием центробежной силы
отклоняются к стенкам циклона и падают в бункер. В основном циклоны
используют для сбора средних и крупных частиц пыли – более 10 мкм; их
28
эффективность резко падает при уменьшении размеров частиц менее 10 мкм и
поэтому они не пригодны для обеспыливания выбросов, содержащих большую
долю микроскопических частиц.
Рис. 2. Устройство циклона:
1 – выход очищенного газа; 2 – улитка; 3 – крышка; 4 – выхлопная труба; 5 – входной
патрубок; 6 – циклон; 7 – конусная часть корпуса; 8 – отверстие выпуска пыли; 9 –
накопительный бункер; 10 – пылевой затвор
Эффективность циклонов возрастает с увеличением скорости потока во
входном патрубке, длины корпуса, плотности и размера частиц, а также с
уменьшением шероховатости внутренних стенок и диаметра циклона.
Высокая вязкость и плотность газа-носителя, во многом зависящая от
содержащихся в выбросе других загрязняющих веществ, снижает
эффективность очистки циклона. С увеличением температуры выброса
эффективность очистки также снижается.
Существуют высокоэффективные циклоны с увеличенной длиной
корпуса и уменьшенным диаметром (обычно не более 30 см); центробежная
29
сила в таких циклонах возрастает благодаря более высокой скорости потока
газа и более длинной траектории его движения, что увеличивает степень
отделения. Циклон такого типа может улавливать частицы размером 5–10
мкм (но не менее 5 мкм). При этих условиях степень очистки может
составить 75–88 %, а при размерах частиц более 20 мкм. – 92–95 %.
Для увеличения эффективности очистки создают батарейный циклон
(рис. 3), состоящий из группы циклонов малого диаметра, но в этом случае
потребуется вентилятор большей мощности.
К преимуществам циклонов следует отнести низкую себестоимость
очистки, малый расход энергии, простоту конструкции, изготовления и
технического обслуживания.
Существенным недостатком сухих циклонов является возможность
вторичного уноса осевшей пыли из нижней части циклона в результате
подсосов воздуха через разгрузочное отверстие.
Для предотвращения вторичного уноса применяются мокрые циклоны,
в которых частицы пыли, попавшие на стенку циклона, удерживаются на ней
пленкой жидкости, что повышает их эффективность. Мокрую очистку газов
применяют в том случае, когда допустимо увлажнение очищаемого газа.
Принцип улавливания в мокрых пылеуловителях (скрубберах) основан
на увлажнении частиц водой или водным раствором с пенообразователем
(рис. 4) при осаждении их из потока газа. Для обеспечения взаимодействия
между жидкостью и частицами обычно используются следующие способы:
контакт частиц с каплями распыленной жидкости или их ударение о
смоченную водой поверхность с последующим удалением каким-либо
способом.
Разновидностью является способ, при котором происходит ударение
увлажненных или сухих частиц о поверхность пылеуловителя, по которой
непрерывно течет жидкость для их смыва. Основной принцип работы
мокрых пылеуловителей заключается в увлажнении частиц, которые в
процессе движения укрупняются и легче отделяются от воздуха, например в
инерционных аппаратах. Второй принцип состоит в коагуляции частиц пыли
с каплями жидкости, их осаждении и удалении вместе с жидкостью. Как
правило, в скрубберах имеется секция, в которой пылевоздушный поток
вступает в контакт с распыленной жидкостью. Затем воздушный поток
поступает в сепаратор, в котором увлажненные и, следовательно, более
крупные и тяжелые частицы оседают под действием силы инерции. Чем
большее число частиц взаимодействует с каплями жидкости, тем выше
эффективность пылеуловителя. Увлажнения частиц и их коагуляции можно
добиться различными способами, включая:
столкновение частиц с каплями жидкости (например соударение);
конденсацию жидкости на частицах пыли;
диффузию (отложение в процессе броуновского движения – основного
механизма осаждения субмикронных частиц).
30
Рис. 3. Устройство батарейного циклона:
1 – конфузор; 2 – диффузор; 3 – завихритель; 4 – корпус элемента; 5 – просеянный шлак; 6 –
бункер; 7 – опорный пояс; 8 – нижняя опорная решетка; 9 – кожух; 10 – корпус элемента; 11 –
выхлопная труба; 12 – верхняя опорная решетка; 13 – крышка; А – газораспределительная
камера; Б – камера очищенного газа; В – бункер для сбора пыли
31
Оросительные камеры представляют собой самый простейший
скруббер, состоящий из камеры с форсунками, распыливающими жидкость.
Мелкие капли, соединившись с частицами пыли, оседают на дне камеры.
Преимущество такого пылеуловителя состоит в том, что он одновременно
охлаждает выброс. Но при улавливании мелких частиц его эффективность
невелика, хотя она может быть повышена с помощью отбойных пластин.
Эффективность возрастает при подаче воды под большим давлением
(форсунки высокого давления), поскольку в этом случае образуется большее
число мелких капель при более высокой скорости их движения.
В механических скрубберах
распыливание воды осуществляется
барабаном, дисками или другими
аналогичными
вращающимися
устройствами. Как правило, используют оборотную воду. Поскольку
факел распыленной воды создают в
ограниченном пространстве, трбулентность возрастает и поэтому
увеличивается вероятность столкновения жидких капелек с твердыми
частицами.
В
скрубберах
Вентури
скорость воздушного потока резко
возрастает при прохождении через
узкий участок воздуховода, в
который
подается
вода,
распыливающаяся благодаря высокой скорости воздушного потока. В
результате коагуляции размеры
частиц увеличиваются, а укрупненные частицы осаждаются, например,
с помощью циклона. В качестве
примера на рис. 5 показан
пылеуловитель ПКМРГ (пылеуловРис. 4. Пылеуловитель пенный:
итель мокрый коагуляционный с
1 – корпус; 2 – рабочие решетки; 3 –
замкнутой циркуляцией орошающей газораспределительная решетка; 4 –
воды). Пылеуловитель ПКМРГ диффузор; 5 – бункер; 6 – гидрозатвор; 7 –
преимущественно применяют в приемная коробка; 8 – брызгоотбойник; 9 –
аспирационных установках промы- выходной патрубок
шленнных предприятий при отсутствии шламовой канализации и системы оборотного водоснабжения с
очисткой сточных вод. Пылеуловитель ПКМРГ состоит из следующих
основных частей: трубы Вентури, сопла, подающего орошенную воду,
каплеуловителей и отстойника шлама.
В насадочных колоннах струя загрязненного газа проходит через слой
гранулированного
или
волокнистого
фильтрующего
материала.
Одновременно на фильтрующую поверхность подается жидкость для ее
очистки и предотвращения вторичного уноса уловленных частиц. Такие
32
установки применяют главным образом для очистки от газообразных
загрязняющих веществ и туманов.
К числу наиболее распространенных насадочных материалов, которые
должны быть химически инертными и экономически приемлемыми,
относятся керамика, кокс, щебень, металл, пластмассы и древесина.
Слои из крупных насадочных материалов предназначаются для
улавливания крупных частиц пыли и туманов (10 мкм и больше), а из мелких –
для частиц от 1 до 5 мкм, но они чаще забиваются пылью, что ограничивает
их применение.
Рис. 5. Схема пылеуловителя ПКМРГ:
1 – выходной патрубок; 2, 3, 5 – пластины лабиринтного каплеуловителя; 4 – диффузор; 6
– пластины жалюзийного каплеуловителя; 7 – сливная труба; 8 – отстойник шлама; 9 –
регулятор расхода воды; 10 – плосколопаточное сопло; 11 – конфузор; 12 – входной
патрубок; 13 – воздуховод; 14 – горловина трубы Вентури
В мокрых фильтрах пыль задерживается фильтрующими слоями (из
стекловолокна и другого волокнистого материала, плетеной проволочной
сетки и т. д.). Накопившуюся пыль смывают водой. Такие фильтры, как
правило, не очень эффективно улавливают микрочастицы. Не все виды
фильтрующего материала могут быть использованы, так как некоторые из
33
них не выдерживают непрерывного увлажнения (как, например, стекловата,
которая хорошо задерживает микрочастицы).
Эффективность
мокрых
пылеуловителей
колеблется
в
значительных пределах и в общем
случае зависит:
от размера частиц;
перепада давления;
скорости
потока
(которая
определяет
продолжительность
взаимодействия между частицами
пыли и контактной поверхностью);
расхода жидкости;
производительности.
Эффективность
очистки
в
первую очередь зависит от свойств
самих частиц и «силы сцепления»
(вода/частица).
Для
улавливания
твердых
'//////////////////////7/////
микрочастиц
требуются
высокоэнерРис. 6. Схема проходной камеры для
гетические
скрубберы,
которые
окраски изделий
особенно эффективны в тех случаях,
когда выброс содержит, кроме пыли, газообразные загрязняющие вещества.
Скрубберы лучше всего зарекомендовали себя при очистке выбросов от
продуктов сгорания, невысокой скорости потока, относительно высоком
располагаемом напоре или когда желательно получить одновременное
охлаждение выброса, а вода имеется в достаточном количестве. При выборе
типа пылеотделителя предусматривают возможность удаления шлама и
очистки сточных вод.
К существенным преимуществам турбулентных аппаратов Вентури
относится простота конструкции и обслуживания, возможность обеспечения
высокой эффективности пылеулавливания при значительных колебаниях
запыленности газов, подаваемых на очистку, меньшие капитальные затраты;
к недостаткам – значительные энергозатраты на очистку газов.
Тканевые фильтры (рис. 7) нашли широкое применение как
высокоэффективное средство борьбы с загрязнением воздуха (эффективность
очистки 99 % и выше). Они могут задерживать частицы различных размеров,
включая даже менее 0,5 мкм, в том числе частицы размером всего 0,01 мкм.
Запыленный поток газа проходит через рукава (трубчатой формы или плоские),
в которых задерживаются частицы твердых веществ. Рукава подвешены в
корпусе, называемом рукавным фильтром. Его размер зависит от числа рукавов
(т. е. от таких факторов, как требуемая фильтрующая поверхность и размер
рукава) и необходимых зазоров между ними (исключающих взаимное трение,
обеспечивающих удобство очистки и доступ для технического обслуживания).
Осевшую внутри рукава пыль периодически удаляют и собирают в
пылеприемнике (бункере), расположенном у основания корпуса. Принцип
улавливания частиц в матерчатых фильтрах – инерционные удары, зацепление,
диффузия и, возможно, электростатическое осаждение. В таких фильтрах
34
поддаются улавливанию частицы значительно меньшего размера, чем
свободное пространство в ячейках материала. Основным механизмом
улавливания частиц крупнее 1 мкм являются инерционные удары о волокна
фильтра; этот эффект зависит от инерции, размера частицы и размера волокон.
Для частиц размером меньше 1 мкм с малой инерцией основной механизм
осаждения (до определенного размера) – прямое зацепление.
Важным фактором, характеризующим процесс фильтрации, является
скорость или коэффициент фильтрации, который представляет собой
отношение расхода очищаемого газа к площади фильтрующей поверхности.
Если коэффициент фильтрации слишком велик, эффективность очистки
может снизиться, возникает повышенная потеря давления, ускоряется износ
ткани и ее «забивание», т.е. закупоривание пор до такой степени, что ее
сопротивление потоку становится чрезмерно высоким.
В рукавных фильтрах используют два основных вида материала –
тканое полотно и войлок. Ткань выступает в роли основы для образования
пористого пылевого слоя, который сам способен улавливать частицы пыли и
действует как дополнительный фильтрующий слой. По мере его роста
эффективность очистки достигает своего максимума. После установки нового
рукавного фильтра с ростом пылевого слоя эффективность очистки
продолжает увеличиваться. Но одновременно и повышается сопротивление
проходу воздушного потока, что приводит к увеличению перепада давления. В
процессе эксплуатации важно правильно установить периодичность очистки
(очистные циклы), чтобы наиболее полно использовать периоды
максимальной эффективности улавливания и в то же время не допускать
излишнего падения давления. Иногда выгодно применять механические
пылеуловители в качестве фильтров предварительной очистки, так как они
снижают пылевую нагрузку и могут увеличить время между циклами очистки.
Для рукавных фильтров можно использовать различные виды тканей:
хлопчатобумажные, шерстяные, из стекло- и синтетических волокон, такие,
как нейлон и др.
Волокнистым фильтрам пылевой слой для повышения эффективности
очистки не требуется, поскольку частицы пыли проникают в поры фильтра и
осаждаются в них. Пыль не может пройти через фильтрующий слой, так как
войлок представляет собой массу бессистемно ориентированных тонких
волокон, через которые циркулирующий воздух движется, как по лабиринту.
Чистый войлок – это самый эффективный пылеуловитель. Его изготавливают
из шерсти и некоторых видов синтетических волокон. Они способны
улавливать мельчайшие пылинки и даже частицы дыма, что затрудняет их
регенерацию. По мере осаждения частиц сопротивление фильтра растет до
тех пор, пока не достигнет максимально допустимого уровня. Чтобы не
перейти этот предел, фильтр необходимо регенерировать.
При выборе фильтрующего материала учитывают его термическую,
химическую и механическую стойкость, а также характеристики
улавливаемой пыли. Что касается температурных показателей, то ткани не
пригодны для очистки горячих выбросов. Наиболее термостойкими являются
ткани из стекловолокна, которые выдерживают температуру выброса до 288
°С. Избыточная теплота может по-разному воздействовать на ткани
(разлагать,
сжигать,
35
Рис. 7 Тканевые фильтры
а – рукавный РСРГ-УМС; 1 – воздухораспределительный короб бункера; 2 – корпус
фильтра; 3 – вентилятор; 4 – механизм встряхивания рукавов; 5 – матерчатые рукава; 6 –
сборный бункер; б, в, г – бескаркасные
11
размягчать) и даже приводить к выделению токсичных газов; эту
возможность учитывают при выборе ткани, и кроме того, учитывают
стойкость к воздействию химических веществ, которая у разных тканей
различна.Например, хлопок не обладает стойкостью к кислотам, а шерсть –
кислотостойка; шерсть слабо противостоит щелочам, а хлопок – очень
хорошо; орлон успешно противодействует минеральным кислотам,
полипропилен – едкому натру; стекловолокно обнаруживает стойкость к
кислотам и щелочам, но разъедается фтором. Поэтому при выборе тканей
необходимо знать химический состав выброса (как газов, так и твердых
частиц), чтобы выбрать подходящую ткань для фильтра. Для очистки
некоторых коррозионноактивных выбросов требуется химически стойкая
ткань. Плотность и вязкость газового потока влияют на стойкость ткани и
прочность пылевого слоя.
На выбор фильтрующего материала влияют его износостойкость и
механическая прочность. Например, стекловолокно обладает хорошей
стойкостью к температуре, кислотам и щелочам, но слабой износостойкостью и
низкой механической прочностью, что создает серьезные трудности при
регенерации.
Применение тканевых фильтров может быть ограничено и высокой
влажностью выброса. Конденсация водяных паров «забивает» ткань и в
конечном итоге выводит фильтр из строя. Поэтому в процессе эксплуатации
необходимо поддерживать температуру очищаемого газа выше точки росы.
Присутствие в выбросе высокогигроскопичных («липких») частиц
также сокращает область применения пылеуловителей данного типа, хотя
гладкая ткань в какой-то мере может помочь решению этого вопроса.
Рукавные
фильтры
очищают
вручную,
механическими
и
пневматическими способами.
К достоинствам тканевых фильтров следует отнести высокую
эффективность улавливания частиц, включая самые мелкие, относительно
низкое гидравлическое сопротивление, возможность очистки выбросов с
большими расходами (от 283 до 14 160 м3/мин).
Основными недостатками являются:
высокая первоначальная стоимость;
необходимость в тщательном уходе, включая регенерацию и строгое
техническое обслуживание.
В электрофильтре (рис. 8) выброс, содержащий твердые примеси,
проходит через электрическое поле, в котором частицы приобретают заряд и
притягиваются к осадительному электроду, состоящему из трубы или
пластины с противоположным зарядом. Электрическое напряжение подают
на коронирующий электрод, у которого возникает коронный разряд; в
результате этого генерируются отрицательные ионы, адсорбируемые
попавшими в электрическое поле частицами. Заряженные частицы движутся
в сторону осадительного электрода (с так называемой скоростью дрейфа), к
которому прилипают (здесь их заряд нейтрализуется), и держатся на нем до
момента встряхивания, после чего падают в бункер, расположенный под
установкой. Удаление пыли с осадительных электродов упрощают путем
смыва их водой.
1
К основным элементам электрофильтра относятся источник тока,
разрядный (коронирующий) электрод, имеющий небольшое поперечное
сечение (размером с проволоку), заземленный осадительный (пассивный)
электрод с развитой поверхностью осаждения (в виде трубы или пластины),
корпус и приемный бункер для уловленных частиц.
Как правило, коронирующий электрод имеет отрицательный заряд, а
осадительный – положительный с потенциалом земли. Разница в потенциале
высоковольтных электрофильтров обычно колеблется в пределах от 60000 до
75000 В.
При выборе электрофильтра следует учитывать расход очищаемого
выброса и его состав, характеристики твердых примесей (размер частиц,
удельное сопротивление, концентрацию и т. д.) и необходимую
эффективность очистки. Если расход выброса превышает проектную
величину, расчетная эффективность электрофильтра падает. Эффективность
возрастает с увеличением влажности и уменьшается с ростом вязкости
выброса. Высокие концентрации пыли снижают эффективность
электрофильтра, поэтому применяют пылеуловители предварительной
очистки (например, циклоны). Важным фактором является удельное
сопротивление улавливаемых частиц, от которого в значительной степени
зависит эффективность очистки фильтра. До определенного предела
удельное сопротивление возрастает вместе с увеличением температуры
выброса (обычно от 120 до 200 °С), после чего оно начинает уменьшаться.
Поэтому изменение температуры выброса отражается на эффективности
электрофильтра. С увеличением влажности удельное сопротивление падает.
Следовательно, водяной пар (наряду с другими увлажняющими веществами)
можно использовать для повышения эффективности улавливания частиц с
высоким удельным сопротивлением.
2
Рис. 8. Основные элементы конструкции электрофильтра
Контрольные вопросы к лекции 6
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Основные направления защиты атмосферного воздуха.
Методы очистки газов и факторы, влияющие на их выбор.
Типы пылеуловителей и условия их использования.
Принципы и способы повышения эффективности улавливания пыли.
Условия применения тканевых фильтров, виды материалов.
Достоинства и недостатки тканевых фильтров.
Электрофильтры, его основные элементы, принцип работы.
3
8. Преимущества и недостатки электрофильтров.
Лекция 9. Методы и средства защиты атмосферы
Сорбционная очистка, пламенное и каталитическое дожигание
Процессы поглощения твердым телом (адсорбция) или жидкостью
(абсорбция) проводят в адсорбционных и абсорбционных колоннах.
Абсорбционная колонна – это массотеплообменный аппарат для
разделения газовых смесей путем избирательного поглощения их отдельных
компонентов жидким абсорбентом. Применяют при осушке и очистке
природных газов, в производстве серной кислоты, хлора, аммиака и пр.
Абсорбция происходит на поверхности раздела сред, поэтому
абсорбционные колонны имеют развитую поверхность массопередачи между
жидкостью и газом, по способу образования которой их условно делят на 4
группы: поверхностные, пленочные, насадочные и барботажные.
В поверхностных абсорбционных колоннах газ проходит над
поверхностью неподвижной или медленно движущейся жидкости; в более
эффективных – пленочных абсорбционных колоннах контакт фаз происходит
на поверхности текущей жидкости. В насадочных абсорбционных колоннах
(разновидность пленочных) контакт фаз осуществляется на поверхности
твердых тел различной формы, заполняющих рабочий объем аппарата, – так
называемых насадках. Жидкость стекает по насадке в виде тонкой пленки,
омываемой газом. Барботажные (тарельчатые) абсорбционные колонны
имеют расположенные внутри колонны на определенном расстоянии друг от
друга тарелки (рис. 1). Газ поднимается вверх и проходит сквозь слой
жидкости на тарелках (через отверстия или особые устройства – клапаны).
Жидкость по переливным трубам перетекает вниз с одной тарелки на
другую. В распыливающих абсорбционных колоннах контакт между фазами
достигается при распылении или разбрызгивании жидкости внутри колонны
различными способами.
Адсорбционная колонна – это аппарат для поглощения одного или
нескольких компонентов из смеси газов или раствора твердым веществом –
адсорбентом. Применяют при извлечении из газов и жидкостей различных
веществ, содержащихся в небольших концентрациях, летучих растворителей
из их смесей с воздухом или каким-либо газом, в процессах осушения и
очистки природных газов и т. п. В качестве адсорбента используют твердые
пористые вещества с большой удельной поверхностью – активные угли,
цеолиты, силикагель, ионообменные смолы (иониты) и др. На поверхности
или в порах адсорбента (рис. 2) происходит концентрирование извлекаемых
компонентов. Различают адсорбционные колонны с неподвижным слоем
адсорбента, в которых адсорбция осуществляется периодически
(возобновляется после десорбции), и с движущимся либо «кипящим» слоем,
в которых поглощение происходит непрерывно.
4
В адсорбционных колоннах периодического действия адсорбент
располагается на горизонтальной решетке. После насыщения адсорбента,
определяемого по началу проскока поглощаемого вещества (газа или
жидкости), производится десорбция, а затем процесс возобновляется. Если в
состав установок входят несколько адсорбционных колонн, то работа может
быть организована по непрерывному циклу; при этом колонны работают
поочередно.
В адсорбционных колоннах с движущимся слоем адсорбент
непрерывно перемещается по колонне сверху вниз под действием силы
тяжести, а навстречу ему поднимается газ или жидкость, при этом в верхней
части происходит адсорбция, а в нижней – десорбция (под действием
нагрева). Продукты десорбции выводятся из колонны. Для получения
«кипящего» слоя адсорбента в адсорбционную колонну подается снизу газ.
Проходя через решетку, на которой лежит слой мелкораздробленного
адсорбента, газ приводит его в псевдосжиженное состояние. Адсорбент
непрерывно поступает сверху, и после отработки удаляется для десорбции.
5
Рис. 1. Абсорбционная барботажная
(тарельчатая) колонна:
Рис. 2. Адсорбционная колонна:
1 – штуцер для входа газа; 2 – распределитель
1 – дренаж; 2 – люк-лаз; 3 – глухая тарелка; газового потока; 3 – сетка; 4 – адсорбент; 5
– корпус; 6 – штуцер для отвода газа; 7 – люк
4 – тарелки; 5 – отбойная сетка
для выгрузки адсорбента; 8 – люк для
загрузки адсорбента
Установки пламенного
или
каталитического
дожигания
используют для очистки выбросов, содержащих горючие газы, пары или
аэрозоли, которые утилизировать нецелесообразно.
Основными узлами установок пламенного дожигания являются камера
сгорания из термостойкого материала, газовые горелки, органы управления и
приборы для контроля температуры. Обезвреживаемые газы в установке
дожигания необходимо тщательно смешивать с факелами пламени, а в
камере сгорания – уничтожать. Продукты сгорания, в основном СО2 и воду,
6
выбрасывают в атмосферу. Сгорание должно быть полным, иначе могут
образоваться нежелательные химические соединения, которые будут попрежнему загрязнять атмосферу.
Поскольку в большинстве случаев промышленные выбросы содержат
горючие вещества с концентрацией и температурой ниже их предела
воспламенения, их необходимо нагреть до температуры 649–815 °С. Это
требует сжигания дополнительного топлива (газов), что влечет за собой
увеличение энергозатрат; именно поэтому эксплуатационные расходы таких
установок довольно высоки.
Если установка сконструирована правильно, хорошо обслуживается и
работает в требуемом режиме, эффективность обезвреживания выбросов
превышает 90 %.
Сгорание должно быть максимально полным, что зависит от подачи
достаточного количества кислорода, поддержания необходимой температуры
в зоне горения. Времени пребывания дожигаемых веществ в камере сгорания
(определяется по расходу обезвреживаемого выброса), полноты смешения
этих веществ с топочным газом и факелами пламени. Эти установки
применяют в случаях, когда состав загрязняющих веществ в выбросе и их
концентрация обеспечивают эффективное сгорание.
К основным преимуществам установок дожигания как средства борьбы
с загрязнением атмосферы относятся:
высокая эффективность (90 % и выше);
относительная
универсальность
по
отношению
к
составу
загрязняющих веществ (если они горючие).
Недостатками
установок
дожигания
являются
высокие
эксплуатационные затраты, связанные с расходованием газообразного
топлива для получения высоких температур, стоимость которого постоянно
растет. Одним из способов снижения этих затрат является утилизация тепла с
помощью теплообменников или путем использования обезвреженных
горячих выбросов в технологических процессах, потребляющих тепло.
Пламенное дожигание может оказаться неэффективным при колебаниях
расхода обезвреживаемых газов. Установки пламенного дожигания
применяют как средство борьбы с загрязнением атмосферы выбросами,
сопровождающими такие технологические операции, как термообработка,
варка лаков, сушка краски, прокаливание кофе, обработка канализационных
отходов, копчение мяса, приготовление асфальта продувкой гудрона
воздухом и т. д.
Принцип действия установок каталитического дожигания в основном
тот же, что и пламенных. Разница заключается в том, что с целью
интенсификации процесса горения применяют катализаторы, позволяющие
снизить температуру в камере горения до 263–538 °С и сократить время
пребывания выбросов в ней. Следовательно, сокращается расход
дополнительного топлива и повышается экономичность обезвреживания, что
является одним из главных преимуществ установок каталитического
дожигания. Это особенно важно, когда обезвреживают выбросы с
небольшими концентрациями горючих веществ, так как применение
огневого дожигания потребует большого расхода топлива.
7
В каждом конкретном случае тщательно подбирают тип катализатора,
поверхность которого должна быть максимально большой. Часто для
обезвреживания газообразных веществ в качестве катализатора используют
металлы и их соли на инертном носителе. Например, сплавы платины,
хромит меди, оксиды меди, хром, никель, кобальт и другие металлы на
пористом носителе с высоким коэффициентом адсорбции. В качестве
носителя широко применяют керамические соты, преимущество которых
заключается в низком сопротивлении, обеспечении хорошего распределения
выброса по поверхности катализатора, возможности обезвреживания
выбросов с большими расходами и термической нестабильностью.
Установка каталитического дожигания состоит из камеры дожигания, в
которой имеется зона предварительного нагрева и зона катализатора.
Толщина слоя катализатора зависит от расхода обезвреживаемого выброса.
Обезвреживаемые
газы
из
технологического
оборудования
или
вентиляционных систем подаются в установку вентилятором, который в
данном случае способствует перемешиванию газов и их равномерному
распределению по площади катализатора. Если вентилятор расположен
внутри установки дожигания, его изготавливают из жаропрочного металла.
Обезвреживаемые выбросы, перед тем как пропустить их через слой
катализатора, предварительно нагревают до требуемой температуры.
К факторам, влияющим на процесс каталитического дожигания,
относятся: состав выбросов, рабочая температура, количество подаваемого
кислорода, соприкосновение с поверхностью катализатора (поскольку
каталитическая реакция зависит от интенсивности диффузии молекул
продуктов горения в пористой поверхности катализатора). Вещества с малой
молекулярной массой реагируют быстрее благодаря более высокой скорости
диффузии. Чем выше температура воспламенения вещества, тем более
высокая температура необходима для полного окисления. Некоторые
химические вещества отрицательно влияют на каталитическое окисление
(например, Ag, As, Zn, Pb, отдельные галогензамещенные углеводороды);
другие – образуют твердые оксиды.
Выбросы иногда содержат вещества, «отравляющие» катализатор.
«Отравление» может происходить механическим путем или осуществляться
химическими веществами, участвующими в каталитической реакции
(например, фосфор и мышьяк действуют как «яд» на платиновый
катализатор).
Путем периодической очистки катализатора можно уменьшить эффект
«отравления»; с этой же целью используют фильтры предварительной
очистки. Тем не менее, прежде чем остановить выбор на аппаратах этого
типа, необходимо убедиться, что в выбросе отсутствуют вещества, которые
могут вывести оборудование из строя или усложнить его эксплуатацию и
техническое обслуживание.
Основное преимущество установок каталитического дожигания перед
пламенными заключается в существенной экономии эксплуатационных
затрат за счет сжигания расхода топлива. Но затраты на техническое
обслуживание довольно велики, поскольку катализатор постепенно теряет
свою активность и нуждается в периодической регенерации или замене.
8
Недостатки: невысокая производительность, чувствительность к
«ядам» и сложность технического обслуживания.
В качестве примера реактора каталитической очистки газа рассмотрим
устройство и принцип действия автомобильного нейтрализатора выхлопных
газов. Назначение нейтрализатора заключается в глубоком [не менее 90 % (об.)]
окислении СО и углеводородов в широком интервале температур (250–800 °С) в
присутствии влаги, соединений серы и свинца. В нейтрализаторах обычно
применяют платиновый катализатор, что обусловлено способностью платины
ускорять самые различные реакции. Катализаторы этого типа характеризуются
низкими
температурами
начала
эффективной
работы,
высокой
температуростойкостью, долговечностью и способностью устойчиво работать
при высоких скоростях газового потока. Основным недостатком катализаторов
этого типа является их высокая стоимость.
Каталитические нейтрализаторы конструктивно состоят (рис. 3) из
входного и выходного устройств, служащих для подвода и вывода
нейтрализуемого газа, корпуса и заключенного в него реактора,
представляющего собой активную зону, где и протекают каталитические
реакции.
Реактор-нейтрали-затор работает
в
условиях
больших
температурных перепадов, вибрационных нагрузок, агрессивной среды.
Обеспечивая эффективную очистку отработанных газов, нейтрализатор по
надежности не должен уступать основным узлам и агрегатам двигателя. По
характеру осуществляемой в нейтрализаторах реакции они подразделяются
на окислительные (называемые также дожигателями), восстановительные и
трехкомпонентные или бифункциональные.
В окислительных нейтрализаторах происходит окисление продуктов
неполного сгорания – оксида углерода и углеводородов:
2СО + О2 → 2СО2;
СnНm + (n + m/4) О2 → nСО2 + (m/2) Н2О.
В восстановительных нейтрализаторах для глубокого восстановления
оксидов азота необходимо, чтобы газ, поступающий в реактор, был слабо
восстановленным или близким к нейтральному. В этом случае реакции
восстановления оксидов азота в нейтрализаторе будут протекать достаточно
полно:
2NO + 2CO → N2 + 2CO2;
2NO + 2Н2 → N2 + 2Н2О.
9
Рис. 3. Конструкция двухкамерного каталитического
нейтрализатора:
1 – направляющие лопасти; 2 – отверстия для заполнения носителем; 3 – камера
восстановления NО; 4 – подача воздуха; 5 – камера окисления CnHm и CO
При большом содержании кислорода в обезвреживаемых газах оксид
углерода и водород реагируют в основном с кислородом и эффекта очистки
выхлопных газов по оксидам азота не достигается.
Принцип действия трехкомпонентных нейтрализаторов основан на
одновременной и достаточно эффективной очистке (до 80 %) выхлопных
газов бензиновых двигателей.
Выбор аппаратов очистки газа
При выборе типа аппаратов очистки газа учитывают следующие
основные факторы:
а) характеристики выбросов, например химический состав, физикохимические свойства (коррозионную активность, плотность, гигроскопичность,
температуру, воспламеняемость, электропроводимость, вязкость и т. д.), а для
твердых частиц – дисперсный состав, плотность и т. д.;
б) характеристики технологического процесса, от которых зависит
расход удаляемых газов, концентрации загрязняющих веществ (твердого
вещества и газообразных компонентов), допустимая потеря давления в
аппарате;
в) эксплуатационные факторы, например наличие свободного
пространства (площадь пола и высоту помещения), ограничения по
материалам оборудования (с учетом температуры, химических веществ и т.
д.);
10
г) требуемую эффективность очистки, которая обычно зависит от
характера загрязняющих веществ и местных стандартов по загрязнению
воздушной среды, а также от экономической целесообразности утилизации
некоторых ценных материалов (например, металлов, горючего и т. д.);
д) технико-экономические обоснования (например, потребность в
электроэнергии, затраты на техническое обслуживание и ремонт и т. д.).
Следует учитывать, что при износе оборудования или его узлов
эффективность очистки снижается. Поэтому важно правильно и
своевременно проводить техническое обслуживание установок и аппаратов
очистки газа. Как правило, расходы на эксплуатацию и техническое
обслуживание в год составляют около 20 % стоимости самого очистного
оборудования.
Пылеулавливающее оборудование, применяющееся в настоящее время
для борьбы с атмосферным загрязнением, обычно разделяют на четыре
основных категории по типовому признаку: инерционные пылеуловители,
мокрые пылеуловители, матерчатые фильтры и электрофильтры.
Гравитационные отстойники, например пылеосадочные камеры, могут
применяться для улавливания частиц относительно крупного размера, поэтому
они малоэффективны при улавливании взвешенных твердых примесей и,
следовательно, как средство борьбы с загрязнением воздуха могут применяться
лишь в качестве первой из двух ступеней пылеулавливания.
Работа
устройств
механической
очистки
характеризуется
эффективностью
очистки
Э,
гидравлическим
(аэродинамическим)
сопротивлением и экономическими показателями.
Степень очистки (эффективность)
Э = (А1 − А 2 ) / А1 ,
(1)
где А1 и А2 – концентрация пыли в выбросах до и после очистки.
Чаще всего эффективность очистки выражают в процентах.
Если очистка воздуха ведется не в одну, а в две ступени, то общая
эффективность очистки
Э0 = Э1 + Э 2 − Э1 ⋅ Э 2 ,
(2)
где Э1 и Э2 – эффективность очистки на первой и второй ступенях.
Гидравлическое сопротивление устройств механической очистки
выражается в Па и есть не что иное, как разность полных напоров
загрязненного потока на входе в аппарат и очищенного потока на выходе.
В зависимости от содержания пыли в очищенных выбросах различают
грубую, среднюю и тонкую очистку (табл. 1).
Таблица 1
Вид очистки
Грубая
Средняя
Размер частиц пыли, мкм
Более 100
От 10 до 100
11
Конечная концентрация
пыли в воздухе, мг/м3
Более 50
От 2 до 50
Тонкая
Менее 10
Менее 2
Если по санитарным нормам выбросы подвергаются средней или
тонкой очистке и однократная очистка не дает требуемого результата, то
выполняют двухступенчатую очистку: на первой степени применяют аппарат
для грубой очистки, например батарейный циклон, а второй – для тонкой,
например скруббер.
Если содержание загрязняющих веществ после второй степени очистки
превышает допустимые среднесуточные концентрации, то дальнейшее
снижение концентрации достигается методом рассеивания выбросов в
атмосфере. Необходимая высота трубы для рассеивания равна, м,
H = 0,235 ⋅ G / V ⋅ ПДК С.С ,
(3)
где Н – высота трубы, м; G – суммарный расход вредных веществ
однонаправленного действия из трубы, кг/с; V – средняя скорость ветра, м/с;
ПДКС.С. – предельно допустимая среднесуточная концентрация примеси в
воздухе населенных мест, мг/м3.
Предварительно аппарат для механической очистки можно выбрать по
данным, приведенным в табл. 2–3. Если требованиям к эффективности
очистки удовлетворяют пылеуловители нескольких классов, то выбирается
пылеуловитель низшего класса, так как чем выше класс пылеуловителя, тем
выше его стоимость. Если требованиям к эффективности очистки
удовлетворяют пылеуловители различных типов, выбирается пылеуловитель
сухого типа. Пылеуловители сухого типа нельзя применять для очистки
взрывопожароопасных пылей. Такие пыли улавливают аппаратами мокрого
типа.
Выбор конкретного аппарата зависит от дисперсного состава пыли,
физико-химических свойств пыли, эффективности очистки, требуемой
производительности, допустимого гидравлического (аэродинамического)
сопротивления, температуры очищаемых выбросов. Предельно допустимая
температура выбросов для пылеуловителей определяется материалом
конструкции аппарата, обычно не должна превышать 400–500 °С. Предельно
допустимая температура выбросов для фильтров определяется максимально
допустимой температурой фильтроматериала, например: для асбестовой
ткани – 90 °С, войлока – 130 °С, металлической сетки – 500 °С. Если
температура очищаемых выбросов выше допустимой температуры, то
загрязненный воздушный поток перед очисткой должен быть
предварительно охлажден до допустимой температуры, например
разбавлением за счет подсоса воздуха.
Таблица 2
Исходные данные к выбору пылеуловителя
Класс
пылеуловителя
I
Размер частиц
пыли, мкм
0,3–0,5
Группа пыли
по дисперсности
V
12
Эффективность
0,8
II
2
III
4
IV
8
IV
IV
III
III
II
II
20
I
I
V
0,999–0,8
0,92–0,45
0,999–0,92
0,999–0,8
0,99
0,999–0,95
Окончание табл. 2
0,999
0,99
Таблица 3
Классы пылеуловителей и их характеристики
Тип
пылеуловителя
Пылеосадительные камеры
Жалюзийные пылеуловители
Циклоны большой
пропускной способности:
одиночные
групповые
Циклоны высокой
эффективности
Рукавные тканевые фильтры
Волокнистые фильтры
Электрофильтры
Класс
Группа пыли
Сопротивл
пылеулови по дисперсности
ение, Па
теля
I II III IV V
V
+ +
100–200
V
+ +
250–500
V
IV
II
II
II
+
+
+
400–600
50–700
1200–2000
+
+
+
+
+
+
1200–2000
600–1000
50–100
Для определения дисперсного состава используют различные приборы
– ротационные анализаторы, импакторы и др. Импактор НИИОГаз, в
который запыленный воздух проходит через ряд последовательно
установленных сопел уменьшающегося диаметра. Пылевые частицы оседают
на расположенные под каждым соплом плоские поверхности (подложки),
покрытые специальной смазкой. Сочетание сопла и подложки принято
называть ступенью (каскадом) прибора. Связь между скоростью воздушного
потока, проходящего через сопла, и размерами оседающих на подложках
частиц позволяет судить о дисперсности исследуемой пыли. Для
улавливания мелких частиц, не осевших на последнюю положку, служит
фильтр. Анализируемая пыль оказывается разделенной на фракции, число
которых равно числу ступеней импактора. Анализы дисперсного состава
пыли, выполняемые при помощи импактора, сводятся к нахождению доли
частиц, осевших на каждой его ступени.
Контрольные вопросы к лекции 7
1. Сорбционные методы очистки, аппараты абсорбционной очистки.
2. Методы адсорбции. Материалы для адсорбентов.
13
3. Принципы работы установок каталитического дожигания.
Материалы для очистки катализатора.
4. Основные факторы для выбора аппаратов очистки газа.
5. Показатели механической очистки.
6. Факторы, определяющие выбор конкретного аппарата очистки.
7. Приборы для определения дисперсного состава пыли.
14
Лекция 10. Охрана вод от загрязнения. Сточные воды и условия
их выпуска
Гидросфера и ее роль в биосфере
Гидросфера (от лат. hydro – вода и sphaira – шар) – это прерывистая водная
оболочка Земли между атмосферой и литосферой, включающая в себя все виды
природных вод. В более широком смысле в состав гидросферы включают также
атмосферную и биологическую воду – воду живых организмов. Каждая их групп
природных вод делится на подгруппы более низких рангов. Например, в
атмосфере можно выделить воды в тропосфере и стратосфере; на поверхности
Земли – воды океанов и морей, а также рек, болот, озер и ледников; в литосфере –
подземные воды (в том числе артезианских бассейнов и гидрогеологических
массивов).
Основная масса воды сосредоточена в Мировом океане – водной
оболочке Земли, окружающей материки и острова и занимающей 71 %
территории планеты. Мировой океан поддерживает жизнь на Земле:
фитопланктон океана, усваивая энергию солнечного излучения, создает
белки и жиры, а атмосферу насыщает кислородом. Мировой океан
регулирует обмен веществ и поддерживает динамическое равновесие в
природе; является источником разнообразной пищевой и промышленной
продукции.
Второе место по объему водных масс занимают подземные воды,
третье – лед и снег арктических и антарктических областей.
Поверхностные воды суши (озера, водохранилища, реки, почвенные
воды), занимая сравнительно малую долю в общей массе гидросферы,
играют важнейшую роль как основной источник водоснабжения и орошения.
Важную роль в водном обмене играют и болота – экосистемы
избыточного увлажнения, в которых накапливается торф – слабо
перегнившие остатки растений. Болота являются аккумуляторами влаги в
период таяния снегов и осенних осадков, они регулируют речной сток,
поддерживают высокий уровень грунтовых вод на пойменных лугах, служат
местом обитания ряда животных и растений.
Природные воды представляют собой сложные системы, основу
которых составляет химическое соединение – окись водорода, имеющее
простую формулу Н2О.
Вода постоянно находится в движении, интенсивном возобновлении в
процессе различных форм круговорота (океан – материк, внутриматериковый
круговорот, круговорот в пределах отдельных бассейнов рек, озер,
ландшафтов и т. д.) и самоочищении.
Все формы круговорота воды составляют единый гидрологический
цикл, в процессе которого происходит возобновление всех видов вод.
Наиболее быстро обновляются биологические и атмосферные воды. Самый
продолжительный период (тысячи, десятки и сотни тысяч лет) приходится на
возобновление ледников, глубоко залегающих подземных вод Мирового
океана.
Самоочищение природных вод от примесей происходит путем их
разложения и осаждения как в анаэробной среде (гниение), так и в аэробной.
15
Самоочищение природных вод происходит тем более интенсивно, чем выше
содержание в воде кислорода. В самоочищении природных вод принимают
участие бактерии, грибы, водоросли, животные и др.
Вода является важнейшим фактором окружающей среды, который
оказывает многообразное воздействие на все процессы жизнедеятельности
организма, работоспособность и заболеваемость человека (рис. 1.).
Вода принимает активное участие в физиологических процессах
организма. Она является универсальным растворителем газообразных, жидких и
твердых веществ, а также участвует в процессах окисления, промежуточного
обмена, пищеварения. Растворенные в воде минеральные соли оказывают
влияние на поддержание важнейших биологических констант организма –
осмотического давления, кислотно-щелочного равновесия. Она является
участником процессов гидролиза жиров, углеводов, гидролитического и
окислительного
дезаминирования
аминокислот
и
других
реакций
промежуточного обмена.
Фактор
жизнеобеспечения
Показатель
санитарного благополучия
населенных пунктов
Вода
Фактор влияния
на здоровье людей
Фактор риска при избыточном
солевом составе воды
Инфекционные заболевания
Неинфекционные заболевания
Кишечные,
зоонозы, вирусные,
гельминтозы
Эндемические
(зоб, флюороз,
кариес зубов)
Водонитратная
метгемоглобинемия
у детей
Отравления токсичными примесями
Рис. 1. Вода как фактор здоровья
Гигиеническое значение воды велико. Она используется для
поддержания в надлежащем санитарном состоянии тела человека, предметов
обихода, жилища и пр., оказывает благоприятное влияние на климатические
условия, условия отдыха и лечения населения, на уровень культуры и быта.
Описанная выше подвижность воды служит накопителем и средством
перемещения многих примесей, которые могут быть во взвешенном,
коллоидном или растворенном состояния, причем количество отдельных
примесей в воде определяет ее свойства.
16
Примеси
во
взвешенном
состоянии
представляют
собой
нерастворимые в воде суспензии и эмульсии.
Примеси в коллоидном состоянии представляют собой гидрофобные и
гидрофильные органические и минеральные коллоидные частицы.
Коллоидные частицы могут быть природного и антропогенного
происхождения, как, например, нерастворимые формы гумусовых веществ,
вирусы и др., которые по своим размерам близки к коллоидным примесям.
Концентрация отдельных примесей в воде определяет ее состав и
свойства, то есть качество воды и пригодность ее для различных видов
водопользования.
Качество природных вод определяется различными показателями –
физическими, химическими, биологическими,
бактериологическими.
Рассмотрим их подробно.
Взвешенные вещества могут быть минерального и органического
происхождения. Эти вещества характеризуют наличие в воде частиц песка,
глины, ила, планктона и др. В зависимости от размеров отдельных частиц и
их плотности взвешенные вещества могут выпадать в виде осадка, всплывать
на поверхность воды или оставаться во взвешенном состоянии.
Водные объекты, их классификация и водопользование
Водный объект – это сосредоточение вод на поверхности суши в
формах ее рельефа либо в недрах, имеющее границы, объем и черты водного
режима.
Водный режим – это изменение во времени уровней, расходов и
объемов воды в водных объектах.
К водным объектам относятся:
водоемы – водные объекты в углублении суши; постоянное или
временное скопление вод в естественных или искусственных впадинах
(озера, пруды, водохранилища и т. п.), характеризующееся замедленным
движением воды или полным его отсутствием;
водотоки – водные объекты, характеризующиеся движением воды в
направлении склона в углублении земной поверхности (например, реки,
каналы).
Согласно существующему законодательству гражданина, юридического
лица, использующих водный объект, называют водопользователями, а их
юридически обусловленную деятельность по использованию водного объекта –
водопользованием.
Водные объекты используют для водоснабжения населения,
предприятий, сельского хозяйства, лечебных целей, воспроизводства и
сохранения биоресурсов, пожаротушения, плавания морских и речных судов,
лесосплава, сброса сточных вод и др. Таким образом, в зависимости от
характера использования под водопользованием можно понимать
водопотребление и водоотведение. Участок водного объекта, используемый
для различных целей, называют пунктом водопользования. Расстояние от
места выпуска (сброса) сточных вод до контрольного створа, т. е.
поперечного сечения водного потока, в котором контролируется качество
воды, называют границами водопользования.
17
В отличие от атмосферы, в которой вследствие ветров загрязняющие
вещества рассеиваются, и ее можно рассматривать как единое целое, водные
объекты в значительной степени изолированы между собой, поэтому их в
зависимости от значимости и характера использования подразделяют на
хозяйственно-питьевые, культурно-бытовые и рыбохозяйственные.
В свою очередь водные объекты хозяйственно-питьевого, культурнобытового назначения классифицируют на два вида:
1 – водные объекты, используемые для питьевого водоснабжения, а
также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности;
2 – водные объекты, используемые для купания, отдыха, спорта населения,
а также находящиеся в черте населенных мест.
Водные объекты рыбохозяйственного назначения также подразделяют
на два вида:
1 – водные объекты, используемые для воспроизводства и сохранения
ценных пород рыб;
2 – водные объекты, используемые для других рыбохозяйственных
целей.
Отнесение водоемов к первому или второму виду производят органы
Госсанэпиднадзора.
В соответствии с существующим законодательством водопользование
может быть:
общее;
специальное (список водопользователей утверждает Минприроды
России);
особое.
Специальное водопользование и предоставление водных объектов в
особое пользование осуществляются на основании лицензии и договора
пользования водным объектом, заключаемого водопользователем и органом
исполнительной власти соответствующего субъекта России.
Лицензирование водопользования осуществляет Министерства
природных ресурсов России или его территориальные органы.
Лицензия на водопользование – это документ, удостоверяющий право
ее владельца на пользование водным объектом или его частью в течение
установленного срока на определенных условиях.
Получения лицензии на водопользование не требуется при
осуществлении:
а) общего водопользования;
б) использования водных объектов для плавания на маломерных судах;
в) разовых посадок (взлетов) воздушных судов;
г) водопользования для пожарных нужд;
д) забора воды из одиночных скважин и колодцев с применением
бытовых насосов, обустроенных собственниками и пользователями
земельных участков, при использовании первого от поверхности
водоносного горизонта, если такой водоносный горизонт не используется и
не может быть использован для централизованного питьевого
водоснабжения. Границы территорий, в пределах которых собственникам и
пользователям земельных участков разрешается такое водопользование,
18
устанавливают органы исполнительной власти субъектов России по
представлению территориальных органов Минприроды России;
е) пользования обособленными водными объектами. Пользование
такими объектами осуществляется на основании гражданского и земельного
законодательства России.
Охрана вод от загрязнения
Одной из важных мер, направленных на сохранение, предупреждение
истощения и загрязнения водных объектов, эффективное использование
водных ресурсов является строгое соблюдение законодательных актов,
санитарных правил, лимитов, норм и нормативов водопотребления и
водоотведения, а также надзор и контроль за их соблюдением.
В целях устойчивого удовлетворения потребностей в воде населения и
отраслей экономики, поддержания оптимальных условий водопользования,
рационального
использования
водных
ресурсов
и
обеспечения
благоприятного экологического и санитарно-эпидемиологического состояния
объектов устанавливаются лимиты водопользования на основании
заявленных потребностей и баланса водопотребления и водоотведения.
Данный баланс определяется
соотношением между фактически
используемыми объемами воды из всех источников водоснабжения и
отводимыми объемами сточных вод за год.
Количество производственных сточных вод зависит от показателей
нормирования водопользования.
Нормой водопотребления считается максимально допустимое
количество воды требуемого качества, необходимое для производства
единицы продукции (работы) в определенных организационно-технических
условиях производства.
Нормой водоотведения является установленное количество отводимых
сточных вод в водоем в соответствии с целесообразной нормой
водопотребления.
При проектировании вновь строящихся и реконструкции действующих
систем водоотведения промышленных предприятий применяют укрупненные
нормы водопотребления и водоотведения, которые выражаются в м3 воды на
единицу готовой продукции или используемого сырья. В укрупненную
норму водопотребления входят все виды расходов воды на предприятии.
Укрупненные нормы позволяют дать оценку рационального использования
воды на любом действующем предприятии. Эти нормы для различных
отраслей промышленности колеблются в широких пределах.
Для целей водоснабжения используют природные источники воды:
поверхностные (реки, озера, водохранилища) и подземные (грунтовые и
артезианские воды, родники). При выборе источника водоснабжения, прежде
19
всего, учитывают заданную потребность в воде и наличие в районе
поверхностных или пресных подземных вод.
Комплекс инженерных сооружений, предназначенных для обеспечения
потребителей водой надлежащего качества и в необходимом количестве,
называют системой водоснабжения.
Системы водоснабжения классифицируют по большому количеству
признаков: в зависимости от способа подачи воды, вида удовлетворяемых
потребностей, степени контакта человека с водой и др.
В зависимости от способа подачи воды потребителям системы
водоснабжения подразделяют:
на централизованные, обеспечивающие забор воды из источника,
подъем, обработку и подачу воды по распределительной системе
трубопроводов;
нецентрализованные,
предназначенные
для
удовлетворения
потребностей водопотребителей без транспортирования воды по
трубопроводам.
В зависимости от вида удовлетворяемых потребностей различают
следующие виды водоснабжения:
питьевое – снабжение водопотребителей питьевой водой;
техническое – обеспечение водой объектов экономики;
противопожарное.
В системах технического водоснабжения используют воду из
поверхностных и подземных источников, восстановленную воду,
полученную из сточных вод.
В зависимости от функционального назначения воду в техническом
водоснабжении применяют:
в качестве теплоносителя для охлаждения технологического продукта
через стенку без соприкосновения с ним или для защиты деталей
конструкции агрегатов от разрушения (прогара), для конденсации продукта;
в качестве среды, поглощающей и транспортирующей механические и
растворенные примеси;
для растворения
технологических продуктов и
реагентов
(технологическая вода).
Техническое водоснабжение должно предусматривать максимальный
оборот производственных сточных вод с восполнением потерь воды
посредством
использования
очищенных
бытовых,
городских
и
поверхностных стоков.
Эффективность использования воды зависит от системы технического
водоснабжения , которая может быть прямоточной и оборотной.
При прямоточном водоснабжении вся забираемая из открытого
водоема вода после проведения технологического процесса в отработанном
виде или после очистки возвращается в водоем, за исключением того
количества воды, которое безвозвратно потребляется в производстве.
20
В настоящее время получило широкое распространение оборотное
водоснабжение, т.е. повторное использование сточных вод после их очистки.
При этом используются схемы с охлаждением вод, используемых в качестве
хладогентов; с очисткой сточных вод и комбинированные с одновременной
очисткой и охлаждением сточных вод. Оборотная вода, нагретая в
теплообменных аппаратах, охлаждается в градирнях, в водоемахохладителях, брызгальных бассейнах или других устройствах и
циркуляционными насосами снова подается в цикл.
В системах оборотного водоснабжения неизбежны безвозвратные
потери воды.
Для компенсации безвозвратных потерь постоянно или периодически
осуществляют подпитку из источников водоснабжения. Объем подпитки
обычно составляет 5-10% общего количества воды, циркулирующей в
системе.
Эффективность использования воды оценивают следующими
показателями:
1) доля воды, используемой в обороте, %,
Роб =
Qоб
100% ,
Qоб + Qист + Qсыр
(1)
2) рациональность использования воды, забираемой из источника,
Ки =
Qист + Qсыр − Qсбр.вод
≤ 1,
Qист + Qсыр
(2)
3) безвозвратное потребление и потери воды
Рпот =
Qист + Qсыр − Qсбр.вод
⋅ 100 % .
Qист + Qсыр + Qпосл + Qоб
(3)
В этих формулах Qист и Qсыр – количество воды, забираемой из
источника и поступающей в систему водоснабжения с сырьем и другими
материалами; Qсбр.вод – количество сточных вод, сбрасываемых в водоем;
Qпосл и Qоб – количество воды, используемой последовательно и в обороте.
Сточные воды и условия выпуска
Сточные воды – это воды, использованные на бытовые,
производственные или другие нужды и загрязненные различными
примесями, изменившими их первоначальный химический состав и
21
физические свойства, а также воды, стекающие с территории населенных
пунктов и промышленных предприятий в результате выпадения
атмосферных осадков или поливки улиц. Сточные воды условно
подразделяют на три категории:
производственные – это воды, сбрасываемые в установленном порядке
в водные объекты после их использования или поступившие с загрязненной
территории;
бытовые – это воды, поступающие от санитарных узлов
производственных и непроизводственных корпусов и зданий (сооружений), а
также от душевых установок, имеющихся на территории предприятия
(промышленной площадки);
поверхностные – это воды, поступающие в водный объект с
загрязненной застроечной территории по самостоятельной сети в результате
выпадения атмосферных осадков, полива и мойки территории.
Сточные воды при соблюдении определенных условий направляют в
системы водоотведения (канализации).
Водоотведение – это технологический процесс, обеспечивающий
прием сточных вод с последующей передачей их на очистные сооружения.
Система водоотведения – это совокупность трубопроводов, зданий,
сооружений и оборудования для приема и отвода сточных вод за пределы
населенных мест или предприятий и для очистки перед выпуском их в
водные объекты или на рельеф. Основными элементами системы
водоотведения являются:
канализационная сеть – система трубопроводов, каналов и сооружений
для приема, сбора и отведения сточных вод;
канализационная насосная станция – сооружение, оборудованное
насосно-силовой установкой для транспортирования сточных вод;
станция очистки сточных вод – комплекс зданий, сооружений и
устройств для очистки сточных вод и обработки осадков, образовавшихся
после очистки;
выпуск сточных вод – трубопровод, отводящий очищенные сточные
воды в водный объект или на рельеф.
Условия выпуска производственных сточных вод в городскую систему
водоотведения, водные объекты и на рельеф местности регламентируются
Водным кодексом РФ, Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения
сточными водами, гигиеническими нормативами, стандартами и другими
нормативными документами.
Выпуск производственных сточных вод в городскую систему
водоотведения производится при соблюдении следующих условий:
они должны иметь температуру не выше 40 °С;
не должны нарушать работу коммунальных сетей и сооружений;
в них не должно содержаться более 500 мг/л взвешенных и
всплывающих веществ;
22
не должны содержать вещества, способные засорять трубопроводы и
отлагаться на их стенках;
не должны оказывать разрушающее действие (например в результате
коррозии) на материал трубопроводов и элементы сооружений системы
водоотведения;
не должны содержать горючие примеси и растворенные газообразные
вещества, способные образовывать взрывоопасные смеси в системах
водоотведения;
не должны содержать загрязняющие вещества в концентрациях
препятствующих биологической очистке или сбросу их в водный объект, на
рельеф.
Основы
нормирования
согласно
гигиенических
нормативов
базируются на ПДК отдельных химических веществ, поступающих в водные
объекты с производственными сточными водами.
Общие требования к составу и свойствам воды
водных объектов у пунктов хозяйственно-питьевого
и культурно-бытового водопользования
Показатели состава и
свойств воды
водоема или
водотока
1
Взвешенные
вещества
Плавающие примеси
Запахи, привкусы
Таблица 1
Категория водопользования
для централизованного или
для купания, спорта
нецентрализованного
и отдыха населения,
хозяйственно-питьевого
а также для водоемов в
водоснабжения, а также для черте населенных мест
водоснабжения пищевых
предприятий
2
3
Содержание взвешенных веществ не должно
увеличиваться больше, чем на:
0,25 мг/л
0,75 мг/л
Для водоемов, содержащих в межень более 30 мг/л
природных минеральных веществ, допускается
увеличение взвешенных веществ в воде в пределах 5
%
Взвеси со скоростью выпадения более 0,4 мм/с для
проточных водоемов и более 0,2 мм/с для
водохранилищ к спуску запрещаются
На поверхности водоема не должны обнаруживаться
плавающие пленки, пятна минеральных масел и
скопление других примесей
Вода не должна приобретать запахи и привкусы
интенсивностью более 2 баллов, обнаруживаемых:
непосредственно или при непосредственно
последующем
хлорировании
23
Вода не должна сообщать посторонних запахов и
привкусов мясу рыбы
Окраска
Не должна обнаруживаться в столбике:
20 см
10 см
Температура
Летняя температура воды в результате спуска
сточных вод не должна повышаться более, чем на 3
°С по сравнению со среднемесячной температурой
воды самого жаркого месяца года за последние 10 лет
Реакция
Не должна выходить за пределы 6,5–8,5 рН
Минеральный состав Не должен превышать по сухому остатку
1000 мг/л, в том числе Нормируется
по
хлоридов 350 мг/л и приведенному
выше
сульфатов 500 мг/л
показателю
«Привкусы»
1
2
3
Растворенный
Не должен быть менее 4 мг/л в любой период года в
кислород
пробе, отобранной до 12 ч дня
Биохимическая
Полная потребность воды в кислороде при 20 °С не
потребность
в должна превышать
кислороде
3 мг/л
6 мг/л
Возбудители
Вода не должна содержать возбудителей заболеваний
заболеваний
Сточные
воды,
содержащие
возбудителей
заболеваний, должны подвергаться обеззараживанию
после соответствующей очистки
Отсутствие содержания в воде возбудителей
заболеваний достигается путем обеззараживания
биологически очищенных бытовых сточных вод до
коли-индекса1 не более 1000 при остаточном хлоре не
менее 1,5 мг/л
Ядовитые вещества
Не должны содержаться в концентрациях, могущих
оказать прямо или косвенно вредное действие на
здоровье населения
_________________
1
Коли-индекс – число бактерий в 1 л воды.
вод при сбросе в водные объекты содержатся десятки
различных химических веществ.
Поэтому для оценки санитарного состояния водного объекта и
суммарного эффекта нескольких химических веществ с одинаковым
лимитирующим показателем вредности (ЛПВ) должно соблюдаться
следующее условие: сумма отношений их фактических концентраций к ПДК
не должна превышать единицы, т.е.
i
∑ (Ci /Ci ) ≤ 1 ,
ПДК
1
(4)
24
Кроме того, гигиеническими нормативами ГН 2.1.5.1316-03
установлены ориентировочно допустимые уровни (ОДУ) химических
веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурнобытового водопользования. ОДУ – это временный гигиенический норматив,
разрабатываемый на основе расчетных и экспресс-экспериментальных
методов прогноза токсичности химического вещества и применяемый только
на стадии предупредительного санитарного надзора за проектируемыми или
строящимися
предприятиями,
реконструируемыми
очистными
сооружениями.
Поступающие в водные объекты загрязняющие вещества вносят
значительные изменения в установившийся режим и нарушают равновесное
состояние водных экологических систем. Однако под воздействием
природных факторов происходит их полное или частичное восстановление
путем самоотищения. Самоочищение воды водоемов – это совокупность
взаимосвязанных
гидродинамических,
физико-химических,
микробиологических и гидробиологических процессов, ведущих к
восстановлению первоначального (фонового) состояния водного объекта.
Решающая роль при самоочищении принадлежит биологическим и физикохимическим процессам; последние преобладают при наличии воде
токсичных веществ, угнетающих биологические процессы.
Для оценки работы сооружений биологической очистки и процесса
естественного самоочищения – основными показателями являются
биохимическая потребность в кислороде (БПК), и химическая потребность в
кислороде (ХПК).
БПК определяется количеством кислорода, которое требуется для
полного биохимического окисления находящихся в воде органических
веществ.
ХПК определяется потребностью кислорода для превращения
содержащихся в сточных водах органических веществ в химические
соединения (S в SO3; C в CO2 и т.д.). Самоочищающая способность реки
зависит также от скорости речного потока, химического состава воды, ее
температуры, массы взвешенных веществ, донного осадка, ила и др. Один из
основных факторов самоочищения – это разбавление, хотя при этом имеет
место снижение интенсивности процесса самоочищения.
Санитарное состояние водного объекта для конкретного вида
водопользования удовлетворяет нормативным требованиям, если состав и
свойства воды в нем ни по одному из показателей, не выходят за пределы
установленных нормативов, а также содержание химических веществ в воде
не превышает ПДК или ОДУ.
Если указанные выше условия не соблюдаются, то санитарное
состояние водного объекта признается не удовлетворительным, поэтому
сточные воды перед сбросом подлежат разбавлению, охлаждению и очистке.
25
Разбавление производственных сточных вод – это процесс снижения
концентрации загрязняющих веществ в воде водных объектов;
количественно характеризуется кратностью (степенью) разбавления. Для
расчета кратности разбавления используют различные методы, поскольку
сброс сточных вод производится в водоемы, водотоки и другие водные
объекты, которые имеют различные гидрологические условия, глубину,
скорость течения воды и другие факторы, которые определяют условия
смешения сточных и природных вод и последующее самоочищение водного
объекта. Так, например, в проточном водном объекте, в котором
поступившие сточные воды вместе с природной водой будут продвигаться по
течению водного объекта на то или иное расстояние от места сброса,
различают:
место выпуска сточных вод;
место практически полного смешения сточных вод с водой водного
объекта;
место наибольшего загрязнения, в котором содержание растворенного
кислорода, одного из важнейших показателей состояния водоема,
минимально;
место
восстановления,
в
котором
заканчивается
процесс
самоочищения.
Зная концентрацию загрязняющего вещества в сточных водах и
кратность ее разбавления, можно определить концентрацию этого вещества в
расчетном створе и расстояние от места сброса сточных вод, где содержание
загрязняющего вещества будет соответствовать санитарным нормам,
принятым для данного водного объекта.
Кратность разбавления используют при расчете и обосновании
необходимой степени водоочистки, а также предельного допустимого сброса
загрязняющих веществ в водный объект.
Согласно «Правилам охраны поверхностных вод от загрязнения
сточными водами» расчетным створом называют створ, расположенный на
проточных водоемах на 1 км выше по течению от ближайшего пункта
водопользования (водозабора для хозяйственно-питьевого водоснабжения,
места купания и организованного отдыха, территория населенного пункта и
т.п.), а на непроточных водоемах и водохранилищах – створы на расстоянии
в 1 км в обе стороны от пункта водопользования.
Кратность разбавления используют при расчете и обосновании
необходимой степени водоочистки, а также предельного допустимого сброса
загрязняющих веществ в водный объект.
Для определения кратности разбавления в расчетных створах применяют
формулу
n = ( а ⋅ Q + q)/q ,
26
(5)
где Q – расчетный расход воды в водоеме, м³/с; q – расход сточных вод,
сбрасываемых в водоем, м³/с; а – коэффициент смешения.
Коэффициент смешения, показывающий, какая часть расхода реки
смешивается со сточной водой в расчетном створе, определяют по формуле
а=
1−β
Q ,
1+ ⋅β
q
(6)
показатель β рассчитывают по формуле
β=e
−α 3 L
,
(7)
где е – основание натурального логарифма; L – расстояние от места выпуска
сточных вод до расчетного створа; α – коэффициент, зависящий от
гидравлических условий смешения.
Величину α определяют по формуле
α = ζ ⋅ψ ⋅3
Д
,
q
(8)
где ψ – коэффициент извилистости реки, определяемый как отношение
длины русла от выпуска до расчетного створа по фарватеру к расстоянию
между этими сечениями по прямой; ζ – коэффициент, зависящий от места
сброса сточных вод, при береговом сбросе равен 1, при выпуске в стрежень
реки – 1,5; Д – коэффициент турбулентной диффузии для равнинных рек,
определяют по формуле
Д=
Vср ⋅ Н ср
200
,
(9)
где Vср – средняя скорость течения реки на участке смешения, м/с; Н ср –
средняя глубина реки в месте выпуска сточных вод, м.
Для охлаждения воды используют три основные системы:
централизованную – вода, нуждающаяся в охлаждении, от всех
водопотребителей собирается в единый коллектор нагретой воды и
направляется на один или группу охладителей, расположенных в одном
месте. Эту систему целесообразно использовать на сравнительно небольших
предприятиях с близко расположенными водопотребителями, требования к
воде которых отличаются незначительно;
локальную
–
каждый
водопотребитель
снабжается
своим
индивидуальным охладителем, который обслуживает только этого
27
водопотребителя. Использование этой системы оправдано и эффективно во
всех случаях;
промежуточную (групповую) – нагретая вода от каждой группы
водопотребителей, например находящихся в одном цехе, корпусе или вблизи
расположенных корпусов, т. е. объединенных по территориальному
признаку, собирается в единый коллектор и направляется на охладитель,
обслуживающий данную группу; эту систему целесообразно использовать на
крупных предприятиях.
В практике охлаждения воды используют два метода:
испарительное охлаждение в водохранилищах (или прудах) –
охладителях, брызгальных бассейнах, эжекционных охладителях, градирнях
(открытых, башенных, вентиляторных). Вода в охладителях течет в виде
пленки или капель, при этом испаряется 1–2 % воды. Основное количество
(до 85 %) теплоты передается от воды воздуху за счет массообмена.
Остальная теплота передается за счет конвективного теплообмена с
воздухом;
охлаждение за счет теплообмена в радиаторных градирнях. В них
охлаждаемая вода протекает внутри труб или пластин (радиаторов), воздух к
которым подводится с помощью вентиляторов или вытяжных башен.
Водоочистка – это комплекс технологических процессов,
предназначенных для доведения качества воды, поступающей в
водопроводную сеть из источника водоснабжения, до установленных
нормативными документами параметров. Совокупность инженерных
сооружений в системах водоснабжения и водоотведения, в которых
природные и сточные воды очищают от содержащихся в них загрязняющих
веществ, называют очистным сооружением.
Для того чтобы правильно запроектировать очистные сооружения с
учетом санитарных и рыбохозяйственных требований и техникоэкономических показателей, в каждом конкретном случае производят расчет
необходимой степени очистки сточных вод. Необходимую степень очистки
сточных вод, спускаемых в водный объект, определяют по следующим
показателям:
количество взвешенных веществ;
потребление растворенного кислорода;
допускаемая БПК смеси речных и сточных вод;
изменение активной реакции воды;
допускаемая температура сточных вод перед сбросом;
содержание токсических примесей и других загрязняющих веществ.
Контрольные вопросы к лекции 8
Гидросфера и ее роль в биосфере.
Значение пресной воды.
Водные объекты и их классификация.
Дайте определение понятиям норма водопотребления и норма
водоотведения.
5. Система водоснабжения и их классификация.
6. Сточные воды и их категория.
1.
2.
3.
4.
28
7. Условия выпуска производственных сточных вод в городскую
систему.
8. Основные показатели процесса самоочищения и биологической
очистки сточных вод.
9. Что такое кратность разбавления сточных вод?
10.Водоочистка и очистные сооружения.
11.Показатели необходимой степени очистки сточных вод.
29
Лекция 11. Методы очистки сточных вод
Методы водоочистки подразделяют на механические, химические,
физико-химические, биологические и др.
Механическая водоочистка – один из методов водоочистки, применяемый для
выделения из производственных сточных вод нерастворенных минеральных и
органических примесей с целью подготовки к биологическому, физико-химическому или
другому методу более глубокой очистки. На рис. 1 приведена схема механической
водоочистки со следующим составом основных очистных сооружений:
Сточная вода
Приемная камера
Вода
Воздух
Решетки механические с
отдельными дробилками или
решетки-дробилки
Песколовки
I
II
Водоизмерительное
устройство
Воздух
Усреднители
III
Отстойники
Вода + воздух
на промывку
IV
Барабанные сетки и
песчаные фильтры
Насосная станция
V
Рис. 1. Схема механической очистки производственных сточных вод:
I – с выводом отходов в контейнерах на обезвреживание; II – песок на обезвреживание и
утилизацию; III – осадок на обработку и утилизацию; IV – вода от промывки фильтров; V
30
– вода на доочистку и повторное использование в системе производственного
водоснабжения
Состав основных сооружений механической водоочистки может изменяться в
зависимости от размера и характера взвешенных частиц.
решетки;
песка);
песколовки для выделения тяжелых минеральных примесей (главным образом
усреднители;
отстойники;
фильтры для более полного осветления воды;
сооружения для обработки осадка.
Решетка – это очистное сооружение в системе механической
водооочистки для задержания из сточных вод крупных предметов
минерального и органического происхождения, попадание которых на
очистные сооружения может вызвать засорение трубопроводов, лотков,
каналов, поломку движущихся частей и механизмов; устанавливают решетки
перед песколовками (если сточная жидкость поступает самотеком). Решетки
выполненяют из круглых, прямоугольных или иной формы металлических
стержней расстояние между стержнями составляет 16–19 мм. Наибольшее
распространение получили решетки:
с механическими граблями типа МГ;
комбинированные – дробилки типа РД и КРД;
механические унифицированные типа РМУ (рис. 2). Отходы из
решетки извлекают граблиной 2, шарнирно соединенной с кареткой 10.
Возвратно-поступательное движение граблины обеспечивается двумя
стальными канатами 12, наматываемыми на барабан 9. Для сброса отходов
предусмотрен сбрасыватель 4. Отходы поступают в лоток откидной 3.
Песколовка – это очистное сооружение в системе механической
водоочистки для улавливания песка крупностью более 0,2 мм. Песколовки
подразделяют:
на горизонтальные с круговым движением сточной воды (рис. 3) –
применяют для улавливания песка из производственных сточных вод,
имеющих нейтральную или слабощелочную среду;
аэрируемые – используют для улавливания песка с одновременной
аэрацией сточной воды воздухом, подаваемым от насосной станции, и др.
Очистку песколовок производят гидроэлеваторами, песковыми насосами,
эрлифтами и другими механизмами. Песок из песколовок удаляют на песковые площадки
для подсушки, после чего вывозят в отвал. Не разрешается использовать песок,
выгруженный из песколовок для подсыпки, планировки, посыпки дорожек и для других
целей без его отмывки.
Отстойники – это искусственные водоемы (пруды-осветлители) или резервуары
для выделения из сточных вод взвешенных примесей, осаждения их под действием силы
тяжести при небольшой скорости потока, а также для очистки сточных вод с помощью
реагентов. Отстойники предназначены для снижения износа насосного оборудования и
труб при водоотливе, обогащении, гидромеханизации вскрышных работ, для улавливания
полезных компонентов и для охраны земель и поверхностных водотоков от загрязнения.
31
Рис. 2. Механическая унифицированная решетка типа РМУ:
1 – решетка; 2 – граблина; 3 – лоток откидной; 4 – сбрасыватель; 5 – электропривод; 6 –
траверса верхняя; 7 – концевой выключатель; 8 – блок переключения; 9 – барабан
грузовой; 10 – каретка; 11 – упор каретки; 12 – металлический канат
Пруды-осветлители площадью до 0,3 км2 размещают в зависимости от
рельефа местности: на пологих площадках, косогорах, в балках. Слив
осветленной воды из них производят через специальный порог. Уровень
порога поднимают путем установки деревянных брусков по мере заполнения
пруда. Воду из колодцев отводят к стационарным насосным станциям и
откачивают потребителям и в речную сеть. Иногда перекачку воды из прудаосветлителя производят плавучими насосными станциями, смонтированными
на понтонах.
32
Рис. 3. Горизонтальная песколовка с круговым движением
сточных вод:
1 – гидроэлеватор; 2 – отвод всплывающих примесей; 3 – желоб; 4 – поверхностные затворы с
ручным приводом; 5 – подводящий лоток; 6 – пульпопровод; 7 – подача рабочей жидкости;
8 – камера переключения; 9 – устройство для сброса всплывающих примесей; 10 –
отводящий поток; 11 – щиты для очистки нефтесодержащих вод
Отстойники в виде резервуаров подразделяют на нетиповые и типовые.
Нетиповые представляют собой емкости на поверхности земли различных
размеров и формы (обычно прямоугольной). После заполнения их до
предельной высоты осветленную воду откачивают насосами, а осадок
удаляют гидроэлеваторами. Иногда используют несколько нетиповых
отстойников (из железобетонных плит), работающих поочередно. Типовые
железобетонные отстойники разделяют на радиальные, вертикальные и
горизонтальные.
33
Рис. 4. Радиальный отстойник:
1 – корпус отстойника; 2 – илоотводная труба; 3 – приямок для сбора осадка; 4 –
вращающаяся ферма со скребками; 5 – труба для подами очищаемой воды; 6 – мостик; 7 –
водораспределительный стакан; 8 – гофрированный шланг; 9 – поплавок с дырчатой
трубой; 10 – труба для отвода осветленной воды
Радиальный отстойник (рис. 4) представляет собой в плане круглый
резервуар диаметром до 100 м с коническим
днищем с уклоном к центру около 0,03–0,08. Очищаемая вода движется
горизонтально в радиальном направлении, попадает в распределительный
стакан с отверстиями и затем поступает в плавающую дырчатую трубу.
Осадок непрерывно удаляется к центру отстойника вращающейся
металлической гребковой фермой со скребками, откуда он непрерывно или
периодически удаляется самотеком или с помощью насоса.
Вертикальный отстойник (рис. 5) представляет собой круглый (диаметр
5–10 м и высота цилиндрической части до 7 м) или квадратный в плане
резервуар (14х14 м) с коническим днищем (наклон стенок 50–70о).
Очищаемая вода движется снизу вверх и после отстоя сливается в кольцевой
желоб; твердый компонент осаждается в конические части отстойника.
Вертикальные отстойники применяют при расходах сточных вод до 10 тыс.
м³/сут.
Горизонтальный отстойник (рис. 6) представляет собой вытянутый по
ходу движения воды резервуар, очищаемая вода в который поступает через
распределительный лоток и дырчатую перегородку в рабочую часть
отстойника. Для удаления осадка вдоль рабочих коридоров по грязевому
приямку укладывают перфорированные трубы, из которых осадок
выдавливается в результате действия давления воды. Осветленная вода
собирается лотком или перфорированной трубой.
Для интенсификации процесса осаждения в отстойниках применяют
различные коагулянты и
флокулянты
(сернокислый алюминий,
оксихлоридалюминий, сернокислое железо, известь, праестол и др.),
подаваемые в специальные камеры хлопьеобразования.
34
Рис. 5. Вертикальный отстойник с камерой хлопьеобразования:
1 – переливной трубопровод; 2 – отводящий трубопровод; 3 – подводящий тангенциальный
трубопровод; 4 – камера хлопьеобразования; 5 – горизонтальные перегородки; 6 –
вертикальные перегородки; 7 – зона осветления; 8 – зона накопления осадка; 9 –
илоотводная труба
Рис. 6. Горизонтальный отстойник с камерой хлопьеобразования:
1 – водосборные желоба; 2 – камера хлопьеабразования вихревого типа; 3 – дырчатая
перегородка; 4 – илоотводная труба; 5 – сборный канал; 6 – лотки для сбора осветленной
воды
Выбор типа, конструкции и числа отстойников производят на основе
их технико-экономического сравнения с учетом местных условий. Основные
35
условия эффективной работы отстойника: установление оптимальной
гидравлической нагрузки на отстойник (для заданной начальной и конечной
концентрации твердого компонента в воде); равномерное распределение
воды между отдельными секциями отстойника.
Очищенные воды используют на производственные нужды
предприятия (тушение отвалов, борьба с пылью на поверхности шахт и
карьеров, мокрое обогащение полезных ископаемых и т. д.), для орошения в
сельском хозяйстве. Осадок, удаляемый из отстойников, направляют в
пруды-шламонакопители, на иловые площадки (для использования) или в
отвалы.
Отстойники
широко
используют
в
нефтедобывающей
промышленности. Производственные сточные воды нефтяных промыслов
состоят в основном (90–98 %) из высокоминерализованных пластовых вод,
извлеченных на поверхность вместе с нефтью. Поэтому нефтепромысловые
сточные воды (даже после их очистки от нефти и механических примесей) не
могут сбрасываться в поверхностные водоемы, т. к. это приведет к их
загрязнению, а подлежат обратной закачке в глубинные горизонты, что
предусматривается технологической схемой разработки нефтяных
месторождений.
Отстойники нефтепромысловых сточных вод подразделяют на
напорные, работающие под избыточным давлением 0,44–0,7 МПа, и
безнапорные, работающие под атмосферным давлением. В качестве напорных
отстойников применяют горизонтальные цилиндрические емкости объемом 100
или 200 м3. Безнапорные отстойники выполняют в основном на базе стальных
вертикальных резервуаров типа РВС, объемом от 1000 до 10000 м3.
Загрязненную нефтью и механическими примесями воду подают в отстойник
по трубопроводу через лучевой распределитель. Очищенную воду через
сифонный регулятор отводят на прием водяных насосов и откачивают на
промысел для закачки в пласт. Уловленную нефть через кольцевой короб и
трубопровод отводят на установку подготовки нефти. Механические
примеси, оседающие в нижние части отстойника, периодически размывают
струей воды и сбрасывают по трубопроводу в илонакопитель.
Для очистки сточных вод, содержащих нефть и нефтепродукты, при
концентрациях более 100 мг/л применяют нефтеловушки. Эти сооружения
представляют собой прямоугольные, вытянутые в длину резервуары. В
нефтеловушках происходит разделение нефти и воды за счет разности их
плотностей. Нефть и нефтепродукты всплывают на поверхность, а
содержащиеся в сточной воде минеральные примеси оседают на дно
нефтеловушки. Нефтеловушки подразделяют:
на горизонтальные;
радиальные;
полочные тонкослойные.
В горизонтальной нефтеловушке нефть всплывает на поверхность
очищаемой воды в отстойной камере, ограниченной распределительной
перегородкой. В ловушках предусматривают скребковый механизм с
деревянными лопатками для сгребания осадка в приямок и подгона
нефтепродуктов к нефтесборной трубе. Осадок из приямка периодически
откачивают на иловые площадки. Нерегулярная очистка приямков и дна
36
ловушки от шлама увеличивает его унос со стоками. Для обеспечения
эффективного отбора ловушечного продукта в холодное время года в
ловушках допускается предусматривать обогрев поверхностного слоя воды,
прилегающего к отборным устройствам. Все работы, связанные с
подготовкой ловушек к ремонту, проводят как газоопасные работы.
Электрооборудование
ловушек
выполняют
во
взрывобезопасном
исполнении.
Радиальные и полочные тонкослойные нефтеловушки являются
усовершенствованными разновидностями горизонтальных нефтеловушек;
имеют меньшие габариты и более эффективны.
Усреднитель – это очистное сооружение в системе механической
водоочистки для усреднения расхода и количества загрязнений сточных вод.
В зависимости от расхода сбрасываемых сточных вод, условий их сброса и
количества взвешенных частиц усреднители подразделяют:
на контактные – используют при небольшом расходе и периодическом
сбросе воды;
проточные – применяют при незначительном количестве взвешенных
частиц в поступающей сточной воде; представляют собой многокоридорные
резервуары или резервуары с перемешивающими устройствами.
Наибольшее распространение получили прямоугольные (рис. 8) и
круглые (рис. 9) усреднители. Усреднение достигается за счет
дифференцирования потока, который, поступая в усреднитель, делится на
ряд струй, протекающих по коридорам разной длины. В результате в
сборном лотке смешиваются струи воды различной концентрации,
поступившие в усреднитель в разное время.
Усреднители обычно размещают после отстойников или оборудуют их
отстойной частью.
Для фильтрования воды используют барабанные фильтры,
представляющие собой сетку с размером ячеек 40х40 мкм. Обрабатываемая
вода подается внутрь барабана, фильтруется через вращающуюся сетку,
освобождается от взвешенных частиц и примесей и подается на дальнейшую
обработку.
Для фильтрования воды на водоочистных станциях используют
открытые скорые фильтры. Они имеют в нижней части дренажное
устройство, на которое уложен поддерживающий слой гравия. На него
насыпают фильтрующий слой из кварцевого речного песка или керамзита,
антроцита, горелой породы. Двигаясь сверху вниз вода фильтруется через
слой фильтрующей загрузки и, пройдя её по выпускной трубе дренажного
устройства отводится из фильтра. Загрязненный фильтр обратным током
воды промывается один-два раза в сутки.
Контрольные вопросы к лекции 9
1. Состав очистных сооружений.
2. Виды и характеристики отстойников.
3. Нефтеловушки и принцип их работы.
37
38
Лекция 12. Физико-химические методы очистки
К
методам
химической
водоочистки относятся:
нейтрализация – используют
для приведения показателя рН к 6,5–
8,5;
окисление – применяют для
очистки сточных вод, содержащих
токсичные
примеси
(цианиды),
которые нецелесообразно извлекать
из стоков. Нейтрализацию проводят
одним из следующих способов:
взаимной нейтрализации кислых
и щелочных сточных вод;
с использованием реагентов
(растворы кислот, негашеная известь,
гашеная известь, кальцинированная
сода, каустическая сода, аммиачная
вода);
Рис. 1. Круглый усреднитель:
фильтрованием через нейтрализ1
–
водоподающий
канал;
2
–
распределительный лоток; 3 – глухая ующие растворы
в специальных
радиальная перегородка; 4 – сборный лоток
фильтрах-нейтрализаторах.
В зависимости от исходных данных можно выбрать необходимый
способ нейтрализации (табл. 1).
Рис. 2. Установка по нейтрализации отработавших
травильных растворов:
1 – отработавшие травильные растворы; 2 – приемный резервуар; 3 – склад извести; 4 –
помещение для гашения извести; 5 – растворные баки; 6 – дозатор; 7 – смеситель; 8 –
39
камера нейтрализации; 9 – отстойники; 10 – нейтрализованный сток; 11 – осадки; 12 –
площадки
При нейтрализации отработавших травильных растворов (рис. 2),
например, гашеной известью в виде известкового молока, химические
реакции протекают с серной кислотой следующим образом:
H2SO4 + Са(ОН)2 = СаSO4 + 2Н2О;
с сульфатом железа
FeSO4 + Са(ОН)2 = CaSO4 + Fe(OH)2.
Нейтрализацию кислых сточных вод, содержащих H2SO4 или HNО3,
проводят фильтрованием их через слой доломита (рис. 3), при этом реакции
идут по следующей схеме:
2HNO3 + СаСО3 = Ca(NO3)2 + Н2О + СО2;
2HNO3 + MgCO3 = Mg(NO3)2 + Н2О + СО2
Дозу реагента для обработки сточных вод определяют из условия полной
нейтрализации содержащихся в них кислот или щелочей и принимают на 10 %
больше расчетной (табл. 1).
Таблица 1
Определение дозы реагента для обработки сточных вод, г/г
Щелочь
1
Известь:
негашеная
гашеная
Сода:
кальцинированна
я
каустическая
Аммиак
серная
2
Кислота
соляная
азотная
3
4
уксусная
5
0,56
1,79
0,76
1,32
0,77
1,3
1,01
0,99
0,46
2,2
0,59
1,7
0,47
2,15
0,62
1,62
1,08
0,93
0,82
1,22
0,35
2,88
1,45
0,69
1,1
0,91
0,47
2,12
0,84
1,19
0,64
1,57
0,27
3,71
0,88
1,14
0,88
1,14
–
–
40
Примечание: в числителе дано количество щелочи, г на 1 г кислоты, в
знаменателе – количество кислоты, г на 1 г щелочи.
В производственных сточных
водах всегда присутствуют ионы
тяжелых металлов. Расход реагентов
для удаления металлов можно
определить по данным табл. 2.
При
окислении
для
–
обезвреживания цианидов CN в
качестве окислителей используются
хлор, гипохлорит кальция и натрия,
хлорная известь, диоксид хлора, озон,
технический кислород, кислород
воздуха,
пероксид
водорода,
перманганат и бихромат калия.
При обезвреживании хлором
протекают следующие процессы:
Рис. 3. Вертикальный доломитовый
хлор при введении в воду
гидролизуется
с
образованием
фильтр-нейтрализатор:
1 – подача кислых сточных вод; 2 – хлорноватистой и соляной кислот:
приемная камера; 3 – доломитовый фильтр;
4 – гравий; 5 – дренаж; 6 – выпуск
нейтрализованных вод
Cl 2 + H 2O ↔ HOC l + HC l ,
хлорноватистая кислота частично диссоциирует на ион гипохлорита
+
OCl и ион водорода Н ;
−
Таблица 2
Расход реагентов для удаления тяжелых металлов, г/г
Реагент
Металл
СаО
Са(ОН)2
Nа2СО3
NаОН
Цинк
0,85
1,13
1,6
1,22
Никель
0,95
1,26
1,8
1,36
Медь
0,88
1,16
1,66
1,26
Железо
1,00
1,32
1,9
1,43
Свинец
0,27
0,36
0,51
0,38
–
−
между гипохлоритом OCl и цианидами CN идет реакция с
образованием цианитов CNO–:
CN − + OC l − → CNO − + Cl − ,
цианаты гидролизуются:
41
CNO− + 2H + + H 2O → CO2 + NH4+
Более сильным окислителем, чем хлор, является озон О3. Реакции
окисления сероводородов H2S и цианидов CN– идут по схеме
Н2S + O3 → S + O2 + H2O;
3H2S + 4O3 → 3H2SO4;
CN– + O3 → CNO– + O2.
Далее протекает реакция гидролиза до образования безвредных
продуктов. На рис. 4 представлена схема контактной камеры озонирования
сточных вод.
Для обезвреживания цианосодержащих сточных вод термических
цехов рекомендуется использовать щелочь (известковое молоко) и
хлорсодержащие компоненты (жидкий хлор, гипохлорит натрия, гипохлорит
кальция, хлорную известь и др.); количество щелочи должно обеспечивать
поддержание показателя рН в пределах от 10,5 до 11,0, дозу активного хлора
принимают равной 3,5 части по массе на 1 часть циана; затем
цианосодержащие воды перед отстойниками подкисляют до нейтральной
среды. Для очистки от цианидов сточных вод термических цехов используют
также марганцевокислый калий и перекись водорода. При значительном
содержании цианидов (например, сточные воды участков цианирования)
целесообразно применение электролитического обезвреживания.
Рис. 4. Схема контактной камеры озонирования сточных вод:
1 – ввод сточных вод; 2, 5 – камеры озонирования; 3 – ввод озона; 4 –
металлокерамические распылительные трубы; 6 – вывод сточных вод
42
На рис. 5 представлена схема
электролитического обезвреживания
(анодного окисления токсических
веществ).
Основу электролиза производственных сточных вод составляют
два процесса: анодное окисление и
катодное восстановление. На аноде,
выполненном из платины, графита, в
зависимости от состава сточных вод
и условий электролиза выделяются
кислород и галогены, а также идет
Рис. 5. Схема электролитического
процесс окисления присутствующих
обезвреживания
в стоках органических соединений;
(анодное окисление токсических
на катоде выделяется газообразный
веществ):
водород и происходит восстаа – анодное пространство; б – катодное
новление некоторых органических
пространство; 1 – полупроницаемая
веществ.
перегородка; 2 – анод; 3 – катод
Радиационное окисление (ра диолиз) – это химическое или физико-химическое превращение
загрязняющего воду вещества под воздействием источника ионизирующих
излучений. Радиационное окисление используют для очистки сточных вод от
фенолов, цианидов, красителей, поверхностно-активных веществ и других
веществ. В качестве источника ионизирующего излучения используют
радиоактивный кобальт и цезий, ТВЭЛы, ускорители электронов.
Загрязняющие вещества вступают в реакцию с продуктами радиолиза воды:
ОН–, НО2–, Н2О2, Н+ и гидратированным электроном.
Принципиальная схема установки для очистки воды с помощью
ускорителя электронов показана на рис. 6. Установка размещена в четырех
залах:
в ускорительном зале I, находятся генератор ускоряющего напряжения 1,
форвакуумный насос и конденсаторная батарея 12;
технологическом зале II размещены выпускное устройство 9 для
вывода ускоренных электронов из ускорителя, реакционная камера для
облучения сточных вод, а также насос для создания глубокого вакуума в
ускорительной трубе;
электромашинном зале III имеются газовая система и преобразователь
частоты;
пультовом зале размещены пульт управления, блоки питания насосов и
силовое оборудование.
К физико-химическим методам водоочистки относятся: коагуляция,
сорбционное поглощение растворенных органических веществ, флотация,
разделение ионов солей ионным обменом или электродиализом и др.
43
Рис. 6. Компоновка радиационной установки
для очистки сточных вод с ускорителем электронов серии ЭЛВ:
I – ускорительный зал; II – технологический зал; III – электромашинный зал; IV – пультовая;
1 – генератор ускоряющего напряжения; 2 – блоки питания насосов; 3 – пульт управления; 4 –
силовое оборудование; 5 – газовая система; 6 – преобразователь частоты; 8 – форвакуумный
агрегат; 9 – развертка пучка электронов и выпускное окно; 10 – реакционная камера; 11 –
магниторазрядный насос; 12 – конденсаторная батарея
Сорбционное поглощение используют в основном для очистки сточных
вод, содержащих фенолы, ароматические соединения, красители и другие
загрязняющие вещества. Сорбент может быть выполнен в виде зернистой
загрузки или пористого монолита. В качестве сорбентов применяют
активированный уголь различных марок (уголь, получаемый из ископаемых
или древесных углей удалением смолистых веществ и созданием разветвленной
сети пор), высокопористую металлокерамику на основе оксидно-карбидной
системы Аl2O3 + TiC + FeTiАl и др. При сорбционной очистке загрязненную
сточную воду пропускают через насыпной фильтр или систему картриджей,
загруженных сорбентом. Из-за высокой стоимости сорбента проводят
регенерацию с полным восстановлением его сорбционной емкости. После
44
каждой регенерации сорбент может быть использован до 10 раз с потерями
10 %.
При отсутствии необходимого сорбента сточную воду можно
фильтровать через слой глины, торфа.
Флотация (механическая, пневматическая, химическая) – это способ
отделения мелких твердых частиц или капель жидкости из воды, основанный
на различной смачиваемости и накопления их на поверхности раздела фаз:
используется для очистки производственных сточных вод от поверхностноактивных веществ (ПАВ), нефти, нефтепродуктов, масел, волокнистых
материалов.
Механическая флотация осуществляется импеллерами и применяется для
очистки сточных вод с содержанием взвешенных частиц более 2 г/л. При
вращении импеллера (рис. 7) в жидкости возникает большое число вихревых
потоков, которые разбиваются на пузырьки, выносящие на водную
поверхность загрязняющие вещества.
Пневматическую флотацию применяют для очистки сточных вод от
агрессивных примесей. При такой флотации воздух пропускают через
пористые керамические пластины или колпачки, в результате чего образуются
мелкие пузырьки, поднимающие вверх загрязняющие вещества, которые
вместе с пеной переливаются в кольцевой желоб и удаляются из него.
Химическая флотация заключается во введении в сточную воду реагентов –
флокулянтов (синтетических полиэлектролитов и др.), в результате действия
которых происходят химические процессы с выделением кислорода О2, двуокиси
углерода СО2, водорода Н2 и др. Пузырьки этих газов прилипают к
нерастворенным взвешенным веществам и выносят их в пенный слой.
Для повышения эффективности флотационной очистки применяют
коагулянты (флотореагенты).
Рис. 7. Флотатор с импеллером:
1 – камера; 2 – труба; 3 – вал; 4 – импеллер
45
Коагуляция – это слипание частиц коллоидной системы при их
столкновении в процессе теплового движения, перемешивания или
направленного движения. Сточные воды чаще всего представляют собой
слабоконцентрированные эмульсии или суспензии, содержащие коллоидные
частицы размером 0,002–0,1 мкм, мелкодисперсные частицы размером 0,1–10
мкм и частицы размером 10 мкм и выше. В процессе механической очистки
достаточно легко удаляются крупные частицы, а коллоидные и
мелкодисперсные образуют устойчивую систему. Для таких сточных вод и
применяют методы коагуляции и нарушающие агрегативную устойчивость
вод. Коагуляция сопровождается укрупнением частиц и уменьшением их
общего числа в объеме дисперсионной среды.
Вещества, нарушающие агрегативную устойчивость дисперсных
систем, называют коагулянтами. Наиболее часто в качестве коагулянтов
применяют оксихлорид алюминия, сернокислый алюминий, сернокислое и
хлорное железо.
Для
интенсификации
процессов
коагуляции
и
осаждения
образующихся
осадков
используют
флокулянты
(синтетические
полиэлектролиты и др.), которые могут применяться как самостоятельно, так
и в сочетании с коагулянтами.
Ионный обмен – это процесс обмена между ионами, находящимися в
растворе, и ионами, присутствующими на поверхности ионита, которые, в
свою очередь, разделяют на катиониты и аниониты.
Ионообменную очистку проводят в фильтрах, представляющих собой
закрытый цилиндрический резервуар с расположенным у днища дренажным
устройством, которое обеспечивает равномерное отведение воды. Схемы
подачи сточной воды и регенерирующего раствора могут быть различными:
сточная вода и регенерирующий раствор могут подаваться в фильтр сверху,
или сточная вода поступает снизу, а регенерирующий раствор сверху.
В табл. 3. представлены характеристики некоторых ионитов: размер
зерен (мм) и обменная емкость, т. е. количество ионов (г-экв),
обменивающееся с единицей объема или массой ионита.
Характеристики некоторых ионитов
Иониты
Катиониты:
сульфоуголь КУ-1
катионит КУ-1
катионит КУ-1
Аниогниты:
АН-2 ФН
АН-18-8
АВ-17-8
Размер зерен, мм
Таблица 3
Объемная емкость, г-экв/м3
по катиону
по аниону
0,3–0,8
0,3–1,5
0,3–1,0
400
300
800
–
–
–
0,3–1,6
0,3–1,6
0,2–0,8
–
–
–
700
1000
800
С использованием ионного метода извлекают и утилизируют
соединения мышьяка, меди, фосфора, хром, цинк, свинец и другие металлы,
46
ПАВ и радиоактивные вещества.
Разновидностью ионного метода очистки является электродиализ, в котором
процесс сепарации ионов солей осуществляется в мембранном аппарате под
воздействием постоянного электрического тока.
В настоящее время широко применяется биологическая очистка
бытовых и производственных сточных вод. В основе этого метода лежит
процесс биологического окисления органических соединений, содержащихся
в сточных водах.
Биологическое
окисление
осуществляется
сообществом
микроорганизмов (биоценозом), включающим множество различных
бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных организмов –
водорослей, грибов и т. д., связанных между собой в единый комплекс
сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма).
Используемые
микроорганизмы
способны
адаптироваться
(приспосабливаться) к условиям среды, т. е. к составу воды, концентрации в
ней загрязнений, а также к температуре и активной реакции воды.
Биологическая очистка сточных вод основана на способности
микроорганизмов использовать для питания находящиеся в них органические
вещества (кислоты, спирты, белки, углеводы и т. д.), которые являются
источником
углерода.
Необходимые
для
жизнедеятельности
микроорганизмов азот, фосфор, калий они получают из различных
соединений: азот – из аммиака, нитратов, аминокислот и др.; фосфор и калий
– из минеральных солей этих веществ. В процессе питания микроорганизмов
происходит прирост их массы. Под действием микроорганизмов могут
протекать окислительный (аэробный) либо восстановительный (анаэробный)
процессы.
Эффективность процессов биологической очистки зависит от ряда
факторов, одни из которых могут регулироваться в широких диапазонах, а
другие, например состав сточных вод, поступающих в биологические
окислители, практически не поддаются регулировке. Температура является
одним из основных факторов, обеспечивающих эффективность и высокую
производительность сооружений биологической очистки. Оптимальная
температура для аэробных процессов, происходящих в биологических
окислителях, считается 20–30 °С, при этом биоценоз при прочих
благоприятных условиях представлен разнообразными и хорошо развитыми
микроорганизмами. Следует отметить, что для различных видов бактерий,
оптимальные температурные режимы варьируют в пределах от 4 до 85 °С. На
развитие микроорганизмов существенное влияние оказывает активная
реакция среды. Значительная часть бактерий развивается лучше всего в
нейтральной или слабощелочной среде. Оптимальной средой для
биологической очистки считается среда с рН = 6,5–7,5. Отклонение рН за
пределы 6 и 8,5 влечет за собой уменьшение скорости окисления вследствие
замедления обменных процессов в клетке.
47
Таким образом, нормальный ход процессов биологического окисления
органических загрязнений сточных вод должен обеспечиваться целым рядом
условий. Если эти условия не соблюдаются, необходимо их корректировать:
изменять температурный режим за счет подогрева и охлаждения сточных
вод; осуществлять нейтрализацию; при недостатке биогенных элементов в
сточную воду следует добавлять их искусственно в виде суперфосфата,
аммиачной воды, аммофоса и др.
В аэробных биологических сооружениях должна поддерживаться
концентрация растворенного кислорода не менее
2 мг/л, в противном
случае наблюдается снижение скоростей утилизации органических
соединений. Требуемая концентрация кислорода в сооружениях
поддерживается соответствующим расходом воздуха или технического
кислорода, подача которого обеспечивается различными конструкциями
аэрационных систем и аэраторов.
Для нормального хода процесса биологической очистки необходима
достаточность элементов питания для бактерий в виде биогенных элементов
– азота и фосфора. Содержание их должно удовлетворять соотношение БПК:
N:Р=100:5:1. В бытовых сточных водах это соотношению составляет
примерно 100:20:2,5, т. е. содержание азота и фосфора значительно выше
требуемого. Поэтому целесообразна совместная очистка бытовых и
производственных сточных вод.
При работе биологических очистных сооружений необходимо
осуществлять постоянный контроль за концентрациями токсичных
компонентов, которые не должны превышать ПДК. В процессе
биологической очистки необходимо осуществлять подачу такого количества
сточных вод, содержащих определенную концентрацию органических
загрязнений, чтобы не превышать величину суточной нагрузки по этим
загрязнениям в пересчете на 1 м3 очистного сооружения, на 1 г сухой
биомассы или на 1 г беззольной части биомассы. Иначе говоря, следует
соблюдать определенный уровень питания, выражаемый значениями
нагрузки в общем виде по БПК, а в отдельных случаях по индивидуальным
видам загрязнений. Практически все органические вещества могут быть
окислены в аэробных условиях, хотя скорость процесса окисления
варьируется в широком диапазоне.
Для биологической очистки сточных вод применяются естественные и
искусственные методы очистки. Биологическую очистку называют полной,
если БПК очищенной воды составляет менее 20 мг/л, и неполный при БПК
более 20 мг/л.
Естественные методы биологической очистки включают почвенные
методы очистки и очистку сточных вод в биологических прудах.
Применение почвенных методов связано с рядом ограничений,
обусловленных расходом и составом сточных вод, санитарногигиеническими требованиями и способами утилизации. При почвенной
48
очистке учитываются тип грунта, рельеф местности, уровень залегания
грунтовых вод, среднегодовое количество осадков, продолжительность
вегетационного периода и др. Сооружения почвенной очистки применяются
в основном для очистки бытовых сточных вод и по производительности
делятся на малые, средние и крупные. Их пропускная способность
колеблется от 1 м3 сточных вод в сутки до 100 тыс. м3/сут. К малым
сооружениям относятся фильтрующие колодцы, фильтрующие траншеи с
естественным или искусственным слоем грунта, песчано-гравийные
фильтры. К средним – поля подземного орошения и подземной фильтрации.
Самыми крупными сооружениями являются земледельческие поля
орошения, коммунальные поля орошения и поля наземной фильтрации.
Земледельческое поле орошения – это специально подготовленный и
спланированный
земельный
участок,
на
котором
выращивают
сельскохозяйственные культуры, а для орошения и удобрения используют
сточные воды.
Поле наземной фильтрации – это участок земли предназначенный для
полной биологической очистки предварительно осветленных сточных вод.
Биологические пруды применяются как для очистки, так и глубокой
очистки бытовых и производственных сточных вод, прошедших
биологическую очистку. Различают пруды с естественной и искусственной
аэрацией. Глубина прудов с естественной поверхностной аэрацией, как
правило, не превышает 1м. При искусственной аэрации прудов с помощью
механических аэраторов или путем продувки воздуха через толщу воды их
глубина увеличивается до 3 м. Применение искусственной аэрации ускоряет
процессы очистки воды. В окислительных процессах существенную роль
играет водная растительность (камыш, рогоза, тростник и др.), которая
способствует снижению концентрации биогенных элементов и регулирует
кислородный режим водоема; наиболее эффективно окислительные
процессы в прудах идут в летнее время. Пруды устраивают в несколько
ступеней, общее время пребывания сточных вод в них составляет несколько
суток. Следует указать и недостатки прудов: низкая окислительная
способность, сезонность работы, потребность в больших территориях и др.
Применение естественных, особенно почвенных методов, связано с
рядом ограничений, обусловленных количеством и характером сточных вод,
санитарно-гигиеническими требованиями и способами утилизации. Поэтому
для биологической очистки (особенно производственных сточных вод) часто
используют сооружения искусственной биологической очистки.
Всю совокупность этих сооружений по признаку расположения в них
активной биомассы целесообразно разделить на три группы:
•
биомасса находится в сточной воде во взвешенном состоянии;
•
биомасса закреплена неподвижно, а сточная вода подвижна;
•
сочетаются оба варианта.
49
К первой группе сооружений относятся аэротенки, циркуляционные
окислительные каналы, окситенки, ко второй – биофильтры, к третьей погружные биофильтры, биотенки, аэротенки с заполнителями.
Аэротенки (от греч. aer – воздух и англ. tank – резервуар) – это
сооружения,
представляющие
собой
железобетонные
резервуары,
прямоугольные в плане, разделенные перегородками на отдельные коридоры.
По структуре потока сточной жидкости аэротенки бывают двух типов:
аэротенки-вытеснители, аэротенки-смесители, отличающиеся системой
подачи обрабатываемой сточной воды и циркуляционного активного ила. В
общем виде схема работы аэротенка заключается в следующем. Сточная вода
после сооружений механической очистки смешивается с циркулирующим
активным илом (биоценозом) и, последовательно пройдя по коридорам
аэротенка, поступает во вторичный отстойник. Время нахождения в
аэротенке обрабатываемой сточной воды в зависимости от ее состава
составляет 6–12 ч. За это время основная масса органических загрязнений
перерабатывается биоценозом активного ила. Для поддержания активного
ила во взвешенном состоянии, интенсивного перемешивания и насыщения
обрабатываемой смеси кислородом воздуха в аэротенках устраиваются
различные системы аэрации (чаще механическая или пневматическая).
Размеры аэротенка – высота 4–5 м, ширина до 10 м, длина до 150 м. Схемы
аэротенков приведены на рис. 8. В аэротенке – вытеснителе (рис. 8, а) вода и ил
подаются в начало сооружения, а смесь отводится в конце его. В аэротенке –
смесителе (рис. 8, б) сточная вода и ил подводятся и отводятся равномерно
вдоль длинной стороны сооружения. В аэротенке с рассредоточенной подачей
воды и ила (рис. 8, в) нагрузка достигает максимума к концу сооружения, но
степень очистки воды может быть очень высокой, т. к. по мере продвижения
смеси по аэротенку ранее поданные загрязнения успевают срабатываться, и
уровень питания ила соответствует его состоянию. В аэротенке ячеистого типа
(рис. 8, е) смесь из первого отсека переливается во второй (снизу), из второго – в
третий (сверху) и т. д. Аэротенки с регенераторами (рис. 8, д) получили широкое
распространение, поскольку в них происходит более длительный контакт ила с
загрязняющими веществами, в результате чего достигается более глубокая
очистка.
50
Рис. 8. Аэротенки:
а – вытеснители; б – смесители; в – с рассредоточенным впуском воды; г – с неравномерно
распределенной подачей жидкости; д – с регенератором; е – ячеистого типа; I – сточная вода;
II – активный ил; III – иловая смесь; 1 – аэротенк; 2 – вторичный отстойник; 3 – регенератор
В процессе биологического окисления происходит прирост биомассы
активного ила. Для создания оптимальных условий ее жизнедеятельности,
избыток ила выводится из системы и направляется в сооружения по
обработке осадка, а основная часть в виде циркуляционного активного ила
снова возвращается в аэротенк. Концентрация иловой массы в аэротенке
(доза или по сухому веществу) составляет 2–5 г/л;
расход воздуха 5–15 м3/м3 сточной воды; нагрузка по органическим
загрязнениям 400–800 мг БПК на 1 г беззольного активного ила в сутки. При
этих условиях обеспечивается полная биологическая очистка.
В последние годы для очистки небольших количеств бытовых и
производственных сточных вод (до 700 м3/сут) находят применение
циркуляционные окислительные каналы, представляющие собой в плане
замкнутые кольцевые каналы, в которых устанавливают аэроторы. Эти
сооружения могут обеспечивать полную биологическую очистку.
Комплексы очистных сооружений, в состав которых входят аэротенки,
имеют производительность от нескольких десятков м3 сточных вод в сутки
до 2–3 млн. м3/сут.
Биофильтры находят широкое применение при суточных расходах
бытовых и производственных сточных вод до 20–30 тыс. м3/сут. Важнейшей
составной частью биофильтров является загрузочный материал. По типу
загрузочного материала их разделяют на две категории: с объемной и
плоскостной загрузкой.
51
Объемный загрузочный материал состоит из гравия, керамзита, шлака с
крупностью отдельных фракций 15–80 мм, плоскостной материал – из
пластмасс, асбестоцемента, керамики, металла, тканей. Биофильтр (рис. 9)
представляет собой резервуар, круглый или прямоугольный в плане, который
заполняется загрузочным материалом. Объемная загрузка засыпается
навалом после сортировки фракций слоем высотой 2–4 м. Плоскостной
материал может иметь вид засыпных элементов или выполняться в виде
жестких или мягких (рулонных) блоков, которые монтируются в теле
биофильтра. Высота слоя загрузки составляет 4–8 м. Сточная вода подается
выше поверхности загрузочного материала, равномерно над ней
распределяется через загрузочный материал, на поверхности которого
образуется биологическая пленка (биоценоз), аналогичный активному илу в
аэротенке. Загрузочный материал поддерживается решетчатым днищем,
сквозь отверстия которого обработанная сточная вода поступает на сплошное
днище биофильтра и с помощью лотков из сооружения во вторичный
отстойник.
Биофильтры с объемной загрузкой целесообразно применять для
полной биологической очистки, при этом их производительность по снятым
органическим загрязнениям (по БПК) в зависимости от конструктивных
особенностей составляет 200–800 г БПК на 1 м3 объема загрузочного
материала в сутки.
Биофильтры с плоскостной загрузкой могут также применяться для
полной биологической очистки; в этом случае их производительность
достигает 2 кг БПК/м3 в сут за счет развитой поверхности загрузочного
материала и благоприятных условий циркуляции воздуха в загрузочном
материале. но целесообразнее применять их в качестве первой ступени
двухступенчатой
биологической очистки
высококонцентрированных
производственных сточных вод при интенсификации работы комплексов
очистных сооружений и их реконструкции. В этом случае эффект работы
биофильтров с плоскостной загрузкой составляет 50–70 %, но их
производительность может достигать 5–10 кг БПК/м3 в сут.
52
Рис. 9. Элементы загрузки биофильтров:
а, б, в, г – кольца; д, е – седло; ж – полые цилиндры с отверстиями;
загрузка; и – мягкая загрузка
з - жесткая блочная
При эксплуатации сооружений биологической очистки необходимо
соблюдать технологический регламент их работы, не допускать перегрузок и
особенно залповых поступлений токсичных компонентов, значительных
отклонений от активной реакции среды, поскольку эти нарушения могут
губительно сказаться на жизнедеятельности микроорганизмов и вывести
биологические окислители из строя. Последующий запуск и выведение
аэротенков и биофильтров в нормальный режим работы может составить
несколько недель.
Контрольные вопросы к лекции 10
1. Способы нейтрализации сточных вод.
2. Методы окисления, используемые окислители.
3. Процесс электролиза производственных сточных вод.
4. Методы физико-химической водоочистки. Сорбционная очистка.
5. Метод флотации и ее виды.
6. Коагуляция при очистке сточных вод.
7. Сущность биологической очистки сточных вод. Основные условия.
8. Естественные методы биологической водоочистки, сооружения.
9. Сооружения искусственной биологической очистки и их группировка.
10.Характеристика работы аэротенков и их схемы.
53
11.Условия применения и работа биофильтров при водоочистке.
54
Лекция 13. Контроль состава и свойств сточных вод
Контроль состава и свойств сточных вод включает в себя отбор пробы,
проведение физического, химического, бактериологического и радиологического
анализа, обобщение результатов анализа и сравнение их с показателями,
приведенными выше.
Отбор пробы – это важная составная часть контроля состава и свойств
сточных вод и необходимое условие правильности получаемых результатов и
применимости их в практике. Место для отбора пробы выбирают в
соответствии с целями анализа и учитывают все обстоятельства, которые
могли бы оказать влияние на состав взятой пробы.
После
отбора
проб
производят
физический,
химический,
бактериологический анализ воды.
Физический анализ воды состоит в определении количества
взвешенных веществ, запаха, цветности, мутности, прозрачности и др.
Количество взвешенных частиц устанавливают путем отделения их от
жидкой фазы в мембранных и бумажных фильтрах и последующего
взвешивания высушенного твердого остатка. Объем фильтруемой пробы
выбирают в зависимости от содержания взвешенных веществ в пределах от 100
до 500 мл.
Запах воды записывают следующим образом: гнилостный,
фекальный, керосиновый, фенольный, сероводородный и т. п.
Интенсивность и характер запахов и привкусов воды определяют
органолептически, т. е. с помощью органов чувств, по пятибалльной шкале:
0 баллов – не ощущается;
1 балл – не ощущается населением, но обнаруживается опытным
дегустатором;
2 балла – замечается населением, если обратить на это его внимание;
3 балла – легко обнаруживается и вызывает неодобрительный отзыв о
воде;
4 балла – обращает на себя внимание и заставляет воздерживаться от
питья;
5 баллов – настолько сильный, что делает воду непригодной для
употребления.
Запах и вкус определяют непосредственным дегустированием при
комнатной температуре, а также при 60 °С, что вызывает их усиление.
Определение цветности воды проводят через 2 ч после отбора пробы,
которую наливают в цилиндр с ровным, плоским дном (высота столбика
воды должна быть 10 см) и рассматривают пробу в цилиндре сверху на белом
фоне при рассеянном дневном освещении. Результат определения описывают
словесно с указанием оттенка и интенсивности окрашивания (слабое или
сильное).
Мутность воды выражают в мг/л; определяют с помощью мутномера
визуальным сопоставлением мутности исследуемой пробы воды с эталонными
растворами мутности. Для этого пробу воды заливают в стеклянный цилиндр
диаметром 2 см и высотой 75 см; устанавливают в отверстие в верхней крышке
мутномера, а в соседнее отверстие вставляют такой же цилиндр с эталонным
раствором мутности. Размещаясь в закрытом корпусе мутномера, оба цилиндра
55
просвечивают снизу светом электролампы мощностью 300 Вт, проходящим
через синее стекло. Цилиндры с эталонными растворами в процессе опыта
заменяют до выбора соответствующего мутности пробы.
Бактериологический
анализ
сточных
вод
проводят
в
специализированных лабораториях в
соответствии
со
стандартными
методами санитарно-бактериологического
анализа.
При
этом
пользуются:
методом определения общего
количества бактерий в 1 мл воды
(бактерии выращивают в питательной
среде, где они образуют колонии в
течение суток);
методом мембранных фильтров
(концентрируют
бактерии
из
определенного
объема
анализируемой пробы на мембранном
фильтре, выращивают и дифференцируют
выросшие
колонии
с
последующим подсчетом количества
бактерии группы кишечных палочек
в 1 л воды);
бродильным методом (производят посев определенных объемов
анализируемой пробы и подращивают бактерии с последующей
дифференциацией и определением
количества кишечных палочек).
Бактериологическим
показателем воды является содержание бактерий группы кишечной
палочки в 1 л воды, которое
определяет величину коли-индекса.
точек 1 MM
Наименьший объем воды (в мл),
приходящийся на одну кишечную
Рис. 1. Прибор для определения
палочку, называют коли-титром.
прозрачности воды:
Прозрачность (светопропуска1 – стеклянная трубка; 2 –мерная шкала; 3 –
трос; 4 – фарфоровая пластинка; 5 – отводная ние) воды выражают в см; она зависит
трубка для спуска воды; 6 – хомутик с грузом от
цвета
и
мутности
воды.
для регулирования спуска воды; 7 – резиновая Прозрачность определяют:
пробка; 8 – электролампа мощностью 300 Вт
по методу Секки (на месте отбора пробы) погружением на веревке белого диска или белой доски.
Измерение (при отсутствии прямого солнечного света) заключается в
определении глубины, на которой погруженная белый диск или белая доска
перестают быть видимыми;
56
методом «по кресту» (проводят в лабораторных условиях) с помощью
прибора (рис. 1). Измерение состоит в определении толщины слоя воды (в см),
через которую четко просматриваются очертания черного трафарета на белом
фоне фарфоровой пластинки, покрывающей донную часть стеклянной трубки.
Химический анализ состава сточных вод заключается в определении
их кислотности и щелочности по показателю рН, характеризующему
концентрацию водородных ионов (для нейтральной вод при температуре +25
°С концентрация водородных ионов Н+ равна СН. = 1,004 ⋅ 107 моль/л, т. е. рН
= 7; для кислотных вод рН < 7, а для щелочных рН > 7). Химический анализ
проводят с использованием приборов рН-метров.
Водоподготовка
В зависимости от целевого назначения к воде предъявляют различные
требования. Например, питьевая вода должна быть безопасной для здоровья
человека, пригодной для приготовления пищи, мытья посуды и др. К воде,
используемой в системах технического водоснабжения, также предъявляют
определенные требования. Так, при питании котлов жесткой водой на
стенках барабанов, коллекторов и труб откладывается накипь, которая
соединяется
с
поверхностью
металла.
Накипь
имеет
низкую
теплопроводность, поэтому в результате ее отложений ухудшается
теплопередача через загрязненные стенки, и происходят образование свищей,
выпучин, разрывы труб, взрывы котлов, ускорение процесса коррозии,
перерасход топлива и др. Жесткая вода не пригодна для систем оборотного
водоснабжения, в производстве высокосортной целлюлозы, искусственного
волокна и др.
Вода не всегда отвечает перечисленным выше требованиям, поскольку
имеет в своем составе примеси, растворенные химические вещества и газы,
поэтому перед подачей к потребителям в системах водоснабжения проводят
водоподготовку.
Водоподготовка − это комплекс технологических процессов
обработки воды для приведения ее качества в соответствие с требованиями
водопотребителей. Водоподготовка в зависимости от характерных свойств
воды и содержащих в ней веществ может включать процессы осветления,
умягчения, дегазации, дезодорации, обезжелезивание, деманганации,
обесфторивания, фторирования, реминерализации, обеззараживания и др.
Осветление воды – это устранение мутности воды путем снижения в
ней содержания взвешенных веществ с помощью коагуляции с последующим
осаждением и фильтрованием.
Умягчение связано с удалением из воды соединений кальция и магния.
При дегазации (деаэрации) воды осуществляют удаление из воды
растворенных газов – коррозионноактивных углекислоты, кислорода,
сероводорода и, реже, взрывоопасного метана (в смеси с воздухом) и др.
Дезодорация воды – это устранение нежелательных запахов и
привкусов, ухудшающих органолептические (вкусовые) качества природных
вод, путем аэрации или коагулирования примесей воды и ее флокулирования
с последующим отстаиванием и фильтрованием.
57
Обезжелезивание связано с удалением избыточного количества
соединений железа из природных вод путем коагуляции взвешенных частиц
гидрооксида железа и последующем их удалении аналогично процессам
осветления воды.
Процессы деманганации основаны на том, что двухвалентный
марганец медленно окисляется в трех- и четырехвалентный ион при помощи
растворенного в воде кислорода или других окислителей.
Сущность процесса обесфторивания поверхностных вод заключается
в процессах адсорбции фтор-иона на специальных сорбентах.
Фторирование воды – это процесс искусственного обогащения воды
соединениями, содержащими фтор; профилактическая мера борьбы против
кариеса. Фторирование воды проводят при содержании фтора в воде менее
0,5 мг/л.
Реминерализация воды осуществляют для коррекции солевого
(макроэлементного) состава питьевой воды с целью повышения ее
физиологической полноценности и улучшения вкусовых свойств. Она может
проводиться по пути общей реминерализации или обогащения воды
отдельными макроэлементами.
Одним из наиболее важных процессов водоподготовки является
обеззараживание воды с целью уничтожения возбудителей заболеваний –
бактерий, вирусов и других микроорганизмов.
Сточные воды являются основным источником микробного
загрязнения поверхностных пресных и морских вод, подземных водоносных
горизонтов, питьевой воды и почвы, что является фактором риска
распространения возбудителей инфекций. К наиболее опасным в
эпидемическом отношении относят следующие виды сточных вод:
хозяйственно-бытовые сточные воды;
городские смешанные (промышленно-бытовые) сточные воды;
сточные воды инфекционных больниц;
сточные воды от животноводческих и птицеводческих объектов и
предприятий по переработке продуктов животноводства, стоки шерстомоек,
биофабрик, мясокомбинатов и др.
Обеззараживание сточных вод организуют на заключительном этапе их
очистки, поскольку эффект существенно зависит от качества поступающего
на обеззараживание стока. Основное значение имеет вид и уровень
микробного загрязнения, доза, время контакта, условия внесения
дезинфектанта (средства, применяемого для обеззараживания), степень
смешения, значение pH, температура воды, концентрация взвешенных
веществ и другие факторы.
Различают химические (реагентные) и физические (безреагентные) методы
обеззараживания воды. Наиболее распространенными химическими методами
обеззараживания
воды
являются:
хлорирование,
озонирование,
обеззараживание ионами меди, серебра и другими средствами, называемыми
дезинфектантами. Физическое обеззараживание осуществляют с помощью
ультразвука, ультрафиолетового облучения (УФО).
Выбор метода в каждом конкретном случае определяется количеством
и свойствами обрабатываемой воды, а также требованиями, предъявляемыми
к ней.
58
Обеззараживание
воды
хлором
является
наиболее
простым
технологическим решением. Однако в результате хлорирования возможно
образование нескольких десятков высокотоксичных веществ, включая
канцерогенные и мутагенные. Появление таких веществ в сточных водах
после хлорирования ужесточает условия сброса в водоем, влияет на здоровье
населения при водопользовании.
Действие озона обусловлено высоким окислительным потенциалом, в
результате чего происходит разрушение протоплазмы, стенок и
цитоплазматических мембран бактерий, протеиновых оболочек вирусов.
Применение озона на крупных очистных станциях может быть
целесообразным, так как образуется гораздо меньше новых вредных веществ,
в основном альдегидов и кетонов, не обладающих высокой токсичностью.
Озон, как сильный окислитель, обеспечивает не только обеззараживание, но
и при озонировании некоторых видов стоков (в зависимости от их состава)
происходит улучшение органолептических свойств воды, а при
озонировании других – возможно ухудшение физико-химических
показателей.
Применение ультразвука для обеззараживания воды основано на его
способности вызывать кавитацию – образование пустот, создающих
большую разность давлений, что ведет к разрыву клеточной оболочки и
гибели бактериальной клетки.
Бактерицидное действие УФО основано на том, что при
фотохимическом воздействии лучистой энергии изменяются и разрываются
химические связи органической молекулы и др. Использование УФО для
обеззараживания, как правило, не сопровождается образованием токсичных
продуктов трансформации химических соединений сточных вод, вследствие
чего нет необходимости обезвреживания их после обработки. Это является
существенным преимуществом метода УФО, так как сточные воды при
сбросе в водные объекты не оказывают влияния на водные биоценозы.
Выбор схемы обеззараживания определяют на основе анализа условий
водоснабжения (содержание органических веществ, техническое состояние
распределительной сети трубопроводов и т. д.).
В настоящее время в России разработан ещё один способ
обеззараживания воды. Для этого создана пламенная установка, в которой
воду обрабатывают электрическими импульсными разрядами. После такой
обработки вода приобретает способность в течение долгого времени, иногда
до года, поражать практически все известные бактерии, в том числе и споры
вредных для человека грибковых культур и сохранять воду чистой. При этом
затраты электроэнергии, необходимой для снижения концентрации
микробов, в миллион раз ниже, чем при кипячении.
При выборе метода обеззараживания воды учитывают эффективность
обеззараживания, медико-биологические последствия при дальнейшем
использовании обеззараженных стоков, эксплуатационную и экономическую
целесообразность.
Эффективность обеззараживания воды – это мера или степень
соответствия результатов обеззараживания воды с заблаговременно
принятыми показателями.
59
Комплекс показателей, по которым проводят оценку эффективности
обеззараживания сточных вод при сбросе в водные объекты, при
использовании в промышленном водоснабжении и для орошения
сельскохозяйственных земель, должен гарантировать эпидемическую
безопасность и безвредность.
Основным критерием эпидемической безопасности является отсутствие
патогенных микроорганизмов – возбудителей инфекционных заболеваний.
Охрана водных объектов и организация контроля их загрязнений
Для поддержания водных объектов в состоянии, соответствующем
экологическим требованиям, организуют водоохранные зоны. Ими являются
территории, примыкающие к акваториям рек, озер, водохранилищ и других
поверхностных водных объектов, на которых устанавливается специальный
режим производственной и иных видов деятельности с целью
предотвращения загрязнения, засорения, заиления и истощения водных
объектов, а также сохранения среды обитания объектов животного и
растительного мира. Водоохранные зоны предусматривают в соответствии с
Постановлением Правительства РФ от 23 ноября 1996 г. № 1404.
Ширина водоохранных зон и прибрежных защитных полос
устанавливается:
для рек, стариц и озер – от среднемноголетнего уреза воды в летний
период;
водохранилищ – от уреза воды при нормальном подпорном уровне;
морей – от максимального уровня прилива;
болот – от их границы (нулевой глубины торфяной залежи).
Для болот в истоках рек, а также для других болот, формирующих сток
в водосборном бассейне, водоохранные зоны устанавливаются на
прилегающих к ним территориях.
Минимальная ширина водоохранных зон устанавливается для участков
рек протяженностью от их истока:
до 10 км
– 50 м
от 10 до 50 км
– 100 м
от 50 до 100 км
– 200 м
от 100 до 200 км
– 300 м
от 200 до 500 км
– 400 м
от 500 км и более
– 500 м
Для истоков рек водоохранная зона устанавливается радиусом не менее
50 м.
Минимальная ширина водоохранных зон для озер и водохранилищ
принимается при площади акватории до 2 км2 – 300 м, от 2 км2 и более – 500
м.
В пределах водоохранных зон запрещаются:
проведение авиационно-химических работ;
применение химических средств борьбы с вредителями, болезнями
растений и сорняками;
60
использование навозных стоков для удобрения почв;
размещение складов ядохимикатов, минеральных удобрений и горючесмазочных материалов, площадок для заправки аппаратуры ядохимикатами,
животноводческих комплексов и ферм, мест складирования и захоронения
промышленных, бытовых и сельскохозяйственных отходов, кладбищ и
скотомогильников, накопителей сточных вод;
складирование навоза и мусора;
заправка топливом, мойка и ремонт автомобилей и других машин и
механизмов;
размещение дачных и садово-огородных участков при ширине
водоохранных зон менее 100 м и крутизне склонов прилегающих территорий
более 3° и др.
В пределах прибрежных защитных полос дополнительно к
ограничениям, указанным выше, запрещается:
распашка земель;
применение удобрений;
складирование отвалов размываемых грунтов;
выпас и организация летних лагерей скота (кроме использования
традиционных мест водопоя), устройство купочных ванн;
установка сезонных стационарных палаточных городков, размещение
дачных и садово-огородных участков и выделение участков под
индивидуальное строительство;
движение автомобилей и тракторов, кроме автомобилей специального
значения.
Поддержание в надлежащем состоянии водоохранных зон,
прибрежных защитных полос и водоохранных знаков возлагается на
водопользователей.
Собственники
земель,
землевладельцы
и
землепользователи, на землях которых находятся водоохранные зоны и
прибрежные защитные полосы, обязаны соблюдать установленный режим
использования этих зон и полос.
Контрольные вопросы к лекции 11
1. Основные операции по контролю состава СВ.
2. Виды анализов проб воды. Показатели физического анализа воды.
3. Как определяют мутность воды.
4. Сущность химического анализа СВ.
5. Бактериологический анализ СВ и его показатель.
6. Водоподготовка и ее процессы.
7. Необходимость обеззараживания СВ и методы проведении.
8. Метод озонирования сточных вод.
9. Метод ультрафиолетовой обработки сточных вод.
10.Эффективность обеззараживания воды.
11.Значение водоохранных зон, их параметры.
61
Лекция 14. Литосфера, источники и последствия ее загрязнения
Литосфера (от греч. lithos – камень, sphaira – шар) – это верхняя
относительно прочная оболочка твердой Земли, расположенная над
астеносферой.
Астеносфера (от греч. asthenes – слабый, sphaira – шар) – это слой
пониженной вязкости в верхней мантии Земли.
Термин «литосфера» предложен американским биологом Дж. Бареллом
в 1916 г. и первоначально отождествлялся с земной корой; затем было
установлено, что литосфера почти повсюду включает и верхний слой мантии
Земли мощностью несколько десятков километров. Мощность литосферы
под океаном составляет 50–100 км, под континентом – 25–200 км и более.
Недра являются частью земной коры, расположенной ниже почвенного
слоя, а при его отсутствии – ниже земной поверхности и дна водоемов и
водотоков, простирающейся до глубин, доступных для геологического
изучения и освоения. Недра Земли богаты полезными ископаемыми.
Полезные ископаемые – это минеральные образования недр,
химический состав и физические свойства которых служат основой
современного производства, обеспечивающей научно-технический прогресс.
Недра предоставляются в пользование:
для
регионального
геологического
изучения,
включающего
региональные геолого-геофизические работы, геологическую съемку,
инженерно-геологические
изыскания,
научно-исследовательские,
палеонтологические и другие работы;
геологического изучения, включающего
поиски и
оценку
месторождений полезных ископаемых, а также геологического изучения и
оценки пригодности участков недр для строительства и эксплуатации
подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых;
разведки и добычи полезных ископаемых, в том числе использования
отходов горнодобывающего и связанных с ним перерабатывающих
производств;
строительства и эксплуатации подземных сооружений, не связанных с
добычей полезных ископаемых;
образования особо охраняемых геологических объектов, имеющих
научное, культурное, эстетическое, санитарно-оздоровительное и иное
значение (научные и учебные полигоны, геологические заповедники,
заказники, памятники природы, пещеры и другие подземные полости);
сбора минералогических, палеонтологических и других геологических
коллекционных материалов.
Почва представляет собой природную систему, состоящую из связанных
между собой почвенных горизонтов, различающихся по структуре, составу и
цвету, формирующихся в результате преобразования литосферы под действием
живых организмов и других факторов (климатических, рельефа местности, а
также деятельности человека). Последовательность почвенных горизонтов
называют почвенным профилем. Почвенный профиль и толщина горизонтов
различны для каждой природно-климатической зоны и определенного рельефа
местности.
62
Располагаясь на поверхности суши, почвы выполняют исключительно
важную роль в процессе взаимодействия между всеми сферами Земли:
литосферы с атмосферой и гидросферой, прямо (растения) или косвенно
(животные) обусловливают существование биосферы. Почве принадлежит
ведущая роль в круговороте веществ в биосфере, обеззараживании твердых и
жидких отходов. Она оказывает существенное влияние на климат,
химический состав растительных продуктов и опосредованно на продукты
животного происхождения. Как один из факторов окружающей среды почва
и подстилающие ее горные породы (грунт) влияют на здоровье людей и
санитарные условия жизни населения.
Почва состоит из твердой, жидкой (почвенный раствор), газообразной
и живой (почвенная флора и фауна) частей. Каждая почва включает
минеральные, органические и органоминеральные комплексы соединений, а
также
почвенные
растворы,
почвенный
воздух
и
почвенные
микроорганизмы.
Почва, являясь элементом биосферы Земли, формирует
химический состав потребляемых человеком продуктов
питания, питьевой воды и отчасти атмосферного воздуха;
этот состав зависит от естественной химической природы
почв, а также качества и количества вносимых в почву
экзогенных химических веществ.
Особое гигиеническое значение почвы связано с опасностью передачи
человеку и животным возбудителей различных инфекционных заболеваний.
Несмотря на антагонизм почвенной микрофлоры, в ней длительное время
способны сохраняться жизнеспособными и вирулентными, т. е.
болезнетворными возбудители многих инфекционных заболеваний. В
течение этого времени они могут загрязнять подземные водоисточники,
заражать человека и животных.
В почве сохраняются споры патогенных микроорганизмов:
столбнячной палочки, возбудители газовой гангрены, ботулизма и сибирской
язвы. Через загрязненную почву передаются возбудители острых
инфекционных желудочно-кишечных заболеваний, лептоспирозы, бруцеллез,
туляремия, сибирская язва, туберкулез, гельминтозы, инфекционный гепатит
и другие заболевания.
Наиболее простой путь заражения – через руки, загрязненные
инфицированной почвой. Описан случай эпидемии брюшного тифа,
охватившей за 36 дней 60 % детей в детском саду, инфицированных через
загрязненный песок. Однако чаще встречаются более сложные пути передачи
инфекционного начала через почву. Имеются данные о вспышках тифа,
возникших в результате проникновения возбудителей из загрязненной почвы
в грунтовые воды, колодезных эпидемиях брюшного тифа и дизентерии,
связанных с загрязнением почвы. С почвенной пылью могут
распространяться возбудители ряда, других инфекционных болезней
(микробактерии туберкулеза, вирусы полиомиелита, Коксаки и др.) Почва
играет эпидемическую роль в распространении гельминтов.
В естественных условиях в почву постоянно поступают органические
вещества, в первую очередь вещества растительного происхождения.
63
Уровень загрязнения почвы органическими веществами является косвенным
показателем эпидемической опасности почвы.
Попавшие в почву органические вещества, содержащие белки, жиры,
углеводы и продукты их обмена, подвергаются распаду вплоть до образования
неорганических веществ – процесс минерализации. Параллельно в почве
происходит процесс синтеза из органических веществ нового сложного
органического вещества почвы, получившего название гумуса. Процесс синтеза
почвенного вещества называют гумификацией, а оба биохимических процесса
(минерализации и гумификации), направленные на восстановление
первоначального
состояния
почвы,
получили
название
процесса
самоочищения почвы.
Отходы, их переработка и захоронение
Все, что производится человеком для удовлетворения его потребностей
в виде продуктов питания, одежды, мебели, машин, т. е. все, что добывается,
строится, выпускается промышленностью и выращивается сельским
хозяйством, рано или поздно превращается в отходы. Часть этих отходов
удаляется вместе со сточными водами, другая часть в виде газов, паров и
пыли попадает в атмосферу, но большая часть выбрасывается в виде твердых
отходов.
Номенклатура отходов и количество содержащихся в них компонентов,
образующихся в результате производственной и иной деятельности человека,
весьма многообразна. Так, в результате жизнедеятельности человека
образуется много отходов, о чем свидетельствуют следующие данные о
количестве отходов (кг в год/душу населения) в различных странах:
Чехия – 400;
Эстония – 406;
Венгрия – 420;
Польша – 260;
Португалия – 350;
Россия – 340;
США – 730.
Количество отходов является показателем уровня организации
деятельности человеческого общества. Чем больше отходов, тем менее
совершенны наши технологии и, следовательно, недостаточно эффективны
экономические механизмы в системе обращения отходов, государственной
экологической политики, тем больший вред приносит человек окружающей
природной среде. Современный крупный город «производит» ежегодно
миллионы тонн твердых бытовых отходов (ТБО). Свалки отходов занимают
значительные территории, они являются источником загрязнения почв,
водных объектов, поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха, а
также представляют опасность в отношении пожаров, взрывов и
распространения инфекций.
Отходы производства и потребления − остатки сырья, материалов,
полуфабрикатов, иных изделий, продуктов, которые образовались в процессе
производства или потребления, а также товары (продукция), утратившие
64
свои потребительские свойства. Отходы производства классифицируют по
отраслевому признаку, в зависимости от агрегатного состояния (твердые,
жидкие, газообразные), по опасности и другим признакам.
Исходя из возможности использования, различают утилизируемые и
неутилизируемые отходы. Для первых существует технология переработки и
вовлечение в хозяйственный оборот, для вторых в настоящее время такие
технологии отсутствуют.
В результате деятельности человека образуется несколько сотен видов
отходов, а используется несколько «классических» видов: металл,
пластмассы, бумага, стекло и др. Вторичное использование материалов
решает целый комплекс вопросов по защите окружающей среды;
сокращается потребность в первичном сырье, уменьшается загрязнение вод и
земли, освобождаются трудовые ресурсы из процессов переработки сырья.
Истощение запасов первичного сырья перевело технологию многих стран на
использование вторичного сырья.
Опасные отходы производства и потребления − это отходы, которые
содержат вредные вещества, обладающие опасными свойствами
(токсичностью, взрывоопасностью, пожароопасностью, высокой реакционной
способностью) или содержащие возбудителей инфекционных болезней, либо
которые могут представлять непосредственную или потенциальную опасность
для окружающей природной среды и здоровья человека самостоятельно или
при вступлении в контакт с другими веществами. К опасным отходам
относятся, например, токсичные, асбестосодержащие, радиоактивные и другие
отходы.
Так, на конец 2000 г. на территории России в отвалах, полигонах,
хранилищах и несанкционированных свалках было накоплено более 2 млрд. т
токсичных отходов. Наибольшее количество токсичных отходов, содержащих
ртуть (например, ежегодно приходят в негодность около 50 млн. штук
ртутьсодержащих электронных батареек, около 200 млн. штук
люминесцентных и газоразрядных ламп, в каждой из которых от 80 до 120 мг
ртути), хром, гальванические шламы, образуется на предприятиях СевероЗападного, Уральского и Сибирского территориальных округов.
Одним из показателей, определяющих степень вредности отходов,
является класс опасности отхода для окружающей природной среды (ОПС).
Существует 5 классов опасности отходов (табл. 1).
Отнесение отходов к классу опасности для ОПС расчетным методом
осуществляют на основании показателя, характеризующего степень
опасности отхода при его воздействии на ОПС, рассчитанного по сумме
существующих показателей опасности веществ, составляющих отход.
Перечень компонентов отхода и их количественное содержание
устанавливают по составу исходного сырья и технологическим процессам
его переработки или по результатам количественного химического анализа.
Экспериментальный метод отнесения отходов к классу опасности
ОПС осуществляют в специализированных аккредитованных для этих целей
лабораториях.
65
Таблица 1
Классы опасности отхода для окружающей природной среды
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
Степень вредного
Критерии отнесения опасных
воздействия
отходов к классу опасности для
опасных отходов
ОПС
на ОПС
Очень высокая
Экологическая
система
необратимо нарушена. Период
восстановления отсутствует
Высокая
Экологическая система сильно
нарушена.
Период
восстановления не менее 30 лет
после
полного
устранения
источника вредного воздействия
Средняя
Экологическая система нарушена.
Период восстановления не менее
10 лет после снижения вредного
воздействия от существующего
источника
Низкая
Экологическая система нарушена.
Период самовосстановления не
менее 3 лет
Очень низкая
Экологическая
система
практически не нарушена
Класс
опасности
отхода для ОПС
I класс
чрезвычайно
опасные
II класс высоко
опасные
III класс
умеренно
опасные
IVкласс
малоопасные
V класс
практически
неопасные
Твердые бытовые отходы
Твердые бытовые отходы – это смесь веществ и материалов,
образующихся в результате жизнедеятельности населения. Количество ТБО
определяется индивидуальной нормой накопления, т. е. установленным
среднесуточным (среднегодовым) количеством ТБО от жилых домов (табл. 2),
объектов общественного назначения, торговых и культурно-бытовых
учреждений (табл. 3).
Существуют различные направления в сфере обращения с ТБО:
рециклизация;
ферментация (получение биогаза из животноводческих стоков);
66
захоронение на специальных полигонах;
сжигание ТБО на мусоросжигательных заводах (МСЗ);
сухая перегонка ТБО (пиролиз) – обработка отходов в определенном
высокотемпературном режиме без доступа воздуха;
компостирование с получением удобрения.
Рециклизация заключается в возвращении ТБО в материальный
круговорот; к этому направлению относятся:
повторное использование тары, бутылок;
возврат
отходов
после
соответствующей
обработки
в
производственный цикл (например, жестяных банок – в производство стали,
макулатуры – в производство бумаги, стеклобоя – на производство
стеклотары и др.);
Рециклизация, имеющая важное экологическое значение, на
современном этапе рыночных отношений требует детальных проработок для
конкретных регионов России, поскольку затраты на сортировку, обработку
ТБО, оборудование, расходы по эксплуатации достаточно велики.
Использование ТБО в качестве топлива можно рассматривать как один
из вариантов между идеальной рециклизацией и захоронением. В качестве
примера на рис. 7.1 приведена технология превращения ТБО в
электроэнергию на примере электростанции «Signal resko».
Таблица 2
Индивидуальные нормы накопления бытовых отходов
(в средней зоне России)
Характеристика объекта
Полностью благоустроенные жилые здания
с мусоропроводом:
при отборе пищевых отходов и вторсырья
без отбора пищевых отходов и вторсырья
без мусоропровода:
при отборе пищевых отходов и вторсырья
без отбора пищевых отходов и вторсырья
Жилье дома со средним благоустройством (без отбора
пищевых отходов и вторсырья)
центральное отопление, водопровод, канализация, плиты
на дворах
местное отопление, водопровод, канализация
отопление дровами
отопление каменным углем
неблагоустроенные жилые дома (без отбора отходов):
отопление дровами
отопление каменным углем
Среднегодовое
количество,
м3 на 1 чел.
0,56–0,78
0,63-0,79
0,54–0,67
0,54–0,67
0,44–0,50
0,49–0,57
0,65–0,75
0,68–0,82
0,60–0,90
Таблица 3
67
Ориентировочные нормы накопления твердых бытовых отходов
от отдельно стоящих объектов общественного назначения, торговых и
культурно-бытовых учреждений
Норма накопления отходов
среднегодовая
среднесуточн
ая
3
кг
м
кг
м3
2
3
4
5
120
0,7
0,33
0,0019
95
0,4
0,26
0,0011
Объект образования отходов
1
Гостиница (на 1 место)
Детский сад, ясли (на 1 место)
1
Школа, техникум, институт
(на 1 учащегося)
Театр, кинотеатр (на 1 место)
Учреждение (на 1 сотрудника)
Продовольственный магазин
(на 1 м2 торговой площади)
Промтоварный магазин
Рынок (на 1 м2 торговой площади)
Санатории, пансионаты, дома отдыха
(на 1 место)
Вокзал, автовокзал, аэропорт
(на 1 м2 площади)
2
19
3
0,1
4
0,05
5
0,00027
30
40
160
0,2
0,22
0,8
0,08
0,13
0,44
0,00055
0,0007
0,0022
30
18
250
0,15
0,036
0,93
0,08
0,05
0,68
0,0004
0,0001
0,0025
125
0,5
0,34
0,0014
Сжигание отходов при температуре около 500 °С стимулирует
образование диоксинов, полицикличных ароматических углеводородов,
выпадение ряда тяжелых металлов.
В процессе влажной очистки дымовых газов образуются сточные воды,
содержащие хлориды, фториды и тяжелые металлы. Остающиеся после
сжигания шлаки необходимо складировать. В целом на 1 т сжигаемого мусора
образуется 350 кг остаточных веществ.
Кроме непосредственного сжигания ТБО в качестве источника энергии
можно использовать биогаз, образующийся на территории свалок при
разложении растительных и животных отходов без доступа воздуха. Основным
компонентом биогаза является метан (30–75 %). Биогаз может быть
использован в качестве экологически чистого топлива для ТЭЦ, бытовых и
других целей. Теплотворная способность 1 кг биогаза соответствует 0,6 л
мазута. Одна корова производит в сутки такое количество навоза, из которого
можно получить 1,7 м3 биогаза.
Впервые использование биогаза было осуществлено в Германии
накануне первой мировой войны, где газ, выделенный в экстракторах
ассенизационных станций, был использован для их обогрева. Производство
биогаза из органических отходов решает проблему их утилизации; например,
в Германии на полигонах ТБО ежегодно получают 110 млн. м3 биогаза, в
Китае эксплуатируется около 30 млн. индивидуальных установок получения
биогаза из мусора.
68
В целях сжигания загрязнения окружающей природной среды вместо
неконтролируемых свалок мусора возле населенных пунктов строят
полигоны для твердых бытовых отходов. Гигиенические требования к
устройству и содержанию таких полигонов должны соответствовать
санитарным правилам СП 2.1.7.1038–01. Полигон твердых бытовых
отходов – это специальное сооружение, предназначенное для изоляции и
обезвреживания ТБО, которое должно гарантировать санитарноэпидемиологическую безопасность населения. На полигонах обеспечивается
статическая устойчивость ТБО с учетом динамики уплотнения,
газовыделения, максимальной нагрузки на единицу площади, возможности
последующего рационального использования участка после закрытия
полигонов. Полигоны могут быть организованы для
Рис. 1. Технология превращения ТБО в электроэнергию на примере
электростанции «Signal resko»:
1 – крытая подъемная площадка; 2 – загрузочный бункер; 3 – кран; 4 – котел; 5 – пар,
подаваемый на турбогенератор; 6 – электроэнергия; 7 – турбогенератор; 8 – паровой
барабан; 9 – электростатический фильтр; 10 – дымоход; 11 – вытяжной вентилятор; 12 –
котельная зона; 13 – вибропитатель; 14 – накопитель горючего мусора; 15 –
гидравлический кулачковый питатель
любых по величине населенных пунктов. Выбранный участок для устройства
полигона должен иметь санитарно-эпидемиологическое заключение о
соответствии его санитарным правилам.
На полигоны ТБО принимают отходы из жилых домов, общественных
зданий и учреждений, предприятий торговли, общественного питания,
уличный, садово-парковый смет, строительный мусор и некоторые виды
69
твердых промышленных отходов 3–4 класса опасности, а также неопасные
отходы, класс которых устанавливают экспериментальными методами.
При выборе участка для устройства полигона ТБО учитывают
климатогеографические и почвенные особенности, геологические и
гидрологические условия местности.
Размер санитарно-защитной зоны от жилой застройки до границ
полигона 500 м. Кроме того, размер санитарно-защитной зоны может
уточняться при расчете газообразных выбросов в атмосферу. Границы зоны
устанавливают по изолинии 1 ПДК, если она выходит из пределов нормативной
зоны.
При эксплуатации полигонов ТБО необходимо соблюдать
определенные требования и контроль за состояние окружающей среды.
Складирование ТБО допускается только на рабочей карте и в
соответствии с инструкцией по проектированию, эксплуатации и
рекультивации полигонов для ТБО.
Для полигона ТБО разрабатывается специальная программа (план)
производственного контроля за состоянием подземных и поверхностных
водных объектов, атмосферного воздуха, почв, уровней шума в зоне
возможного неблагоприятного влияния полигона.
Для наблюдения за состоянием воздушной среды ежеквартально
производят анализы проб атмосферного воздуха над отработанными участками
полигона и на границе санитарно-защитной зоны на содержание соединений,
характеризующих процесс биохимического разложения ТБО и представляющих
наибольшую опасность. Обычно при анализе проб атмосферного воздуха
определяют метан, сероводород, аммиак, окись углерода, бензол, трихлорметан,
четыреххлористый углерод, хлорбензол.
Система производственного контроля включает также постоянное
наблюдение за состоянием почвы в зоне возможного влияния полигона. С
этой
целью
качество
почвы
контролируют
по
химическим,
микробиологическим, радиологическим показателям.
Контрольные вопросы к лекции 12
1. Литосфера, ее мощность и характеристики.
2. недра и почва, их значение для биосферы и жизнедеятельности
организмов.
3. Отходы производства и потребления.
4. Опасные отходы, их класс опасности.
5. Твердые бытовые отходы (ТБО), нормы накопления.
6. Основные направления в сфере обращения СТБО.
7. Рециклизация отходов, ее значение.
8. Сжигание и пиролиз ТБО.
9. Компостирование ТБО.
10.Сущность и содержание полигонов ТБО.
11.Требования и контроль при эксплуатации полигонов ТБО.
70
71
Лекция 15. Методы переработки твердых бытовых отходов
Одним из способов промышленной переработки ТБО является
сжигание их в специальных высокотемпературных мусоросжигательных
установках.
Данная
технологическая
схема
предусматривает
предварительный отбор металлов и других балластных фракций, дробление
остатков и поступление их в котлоагрегаты со специальным топочным
устройством. Тепловая энергия мусоросжигательных заводов используется
для
производства
пара, электроэнергии,
для
отопительных
и
производственных целей. По подсчетам 5 т ТБО могут сэкономить 1 т
условного топлива. МСЗ обеспечивают получение пара, пригодного для
генерации электроэнергии или для систем теплоснабжения промышленных
предприятий и жилых районов.
По сравнению с мусоросжиганием пиролиз – более перспективный
метод обработки ТБО. Серьезное преимущество его – наименьшие
капитальные затраты. Кроме того, этот процесс незначительно воздействует
на окружающую среду и позволяет получить новые продукты: газ, масла,
смолы и твердый остаток. Схематически пиролиз можно представить
следующим образом. Сначала из бытовых отходов испаряется влага, далее с
повышением
температуры
начинается
разложение
органических
компонентов и выделяются жидкие вещества (масло, смола) и газ.
Разработано несколько вариантов пиролиза твердых бытовых отходов:
пиролиз органической части ТБО под действием высокой температуры и
отсутствии воздуха, в зависимости от продолжительности процесса,
температуры и давления изменяются выходы конечных продуктов – газов,
жидких и твердых веществ; пиролиз ТБО в присутствии воздуха,
обеспечивающего неполное сгорание отходов при температуре 760 °С
(образующийся газ сжигается для получения тепла); пиролиз с
использованием вместо воздуха кислорода для получения более высокой
теплоты сгорания газа; пиролиз без разделения ТБО на органическую и
неорганическую фракции при температуре 850 °С и др. Повышение
температуры в процессе увеличивает выход газа и уменьшает выход жидких
и твердых продуктов.
Еще одним перспективным направлением считается комплексная
переработка ТБО с максимальным использованием биологических
компонентов. При этом технологией предусмотрены предварительный отбор
черных и цветных металлов с помощью магнитных и высокочастотных
сепараций, отбор стекла при помощи сит – грохотов, пластмассы, текстиля,
органической части ТБО с помощью воздушной, гравитационной и
флотационной сепараций, получение из органических компонентов компоста
(полуфабрикаты), а затем кормов для скота и высококачественных
органических удобрений.
72
Процесс компостирования ТБО осуществляется в биотермическом
барабане, в который мусор попадает после освобождения от металлических
примесей. Барабан представляет собой вращающийся цилиндр длиной 60 м
диаметром около 4 м. В нём отходы перемешиваются, измельчаются.
Принудительно подаваемый внутрь воздух способствует активизации
аэробных процессов. Температура в ходе процесса воздействия микробов на
массы повышается до 60–70 °С. Большинство болезнетворных бактерий при
этом погибает. Отходы находятся в барабане трое суток, за это время он
делает до 2000 оборотов. Из барабана компостная масса попадает на грохоты,
где происходит разделение ее на компост в чистом виде и балласт. В
дальнейшем просеянный на барабанном грохоте балласт в специальной
шахте обрабатывается потоком восходящего воздуха, уносящего в
специальный бункер легкие частицы – бумагу, ткань, картон, которые
используются для выработки целлюлозы. Тяжелые же частицы – куски
резины, пластиков, обломки дерева, минеральные остатки подвергают
пиролизу, в результате которого получают топливный газ, битумные смолы,
твердые углеродные соединения.
В последние годы в мире ведутся научные исследования и создание
оборудования для переработки ТБО с рекуперацией всех ценных
компонентов. Комплексная переработка ТБО с рекуперацией не только
создает условия высокой степени охраны окружающей среды. Это еще более
повышает важность социального фактора вовлечения отходов в повторное
использование, особенно с учетом того, что процессы переработки
вторичных ресурсов по сравнению с технологией использования первичного
сырья на 25–80 % меньше загрязняют окружающую среду.
Несмотря на определенный прогресс, ситуация с отходами в РФ остается
напряженной. Вполне реальной для многих городов остается опасность быть
погребенными под кучами бытового и промышленного мусора. Сегодня доля
переработки твердых бытовых отходов промышленным способом составляет
в пределах нескольких процентов, а остальное вывозится на полигоны и
свалки.
Работает
всего
семь
мусоросжигательных
и
два
мусороперерабатывающих завода.
Следует отметить, что мусоросжигание как способ использования ТБО
находится вне современных тенденций: в Европе за последние 10 лет не
известно ни одного случая ввода МСЗ. Мусоросжигание считают
«неэкологичным» вследствие образования огромного количества вредных
продуктов, в том числе золы и шлаков неизвестного состава. Поэтому
стараются сжигать лишь то, что остается после сортировки и утилизации.
При выборе методов и типов сооружений обезвреживания и утилизации
ТБО учитывают климатические и санитарно-эпидемиологические условия
(табл. 1.). Сопоставление перечисленных выше направлений в сфере
обращения с ТБО приведено в табл. 2.
73
Токсичные и радиоактивные отходы
Количество опасных отходов ежедневно существенно возрастает за
счет различных ядохимикатов, применяемых в сельском хозяйстве,
промышленных отходов, содержащих канцерогены и концентраты.
Около 80 млрд. т отходов накоплено в РФ, из них около 10 % от всей
массы твердых бытовых отходов составляют опасные. Под их складирование
заняты значительные площади. Только учтенные места размещения
(захоронения) отходов занимают территорию свыше 14 тыс. га. Одним из
наиболее опасных видов отходов являются радиоактивные. Наиболее
распространенные – жидкие отходы, которые образуются на АЭС,
радиохимических заводах, в исследовательских центрах. Твердые
радиоактивные отходы также образуются в реакторах АЭС.
До сих пор в России очень мало предприятий по обезвреживанию и
захоронению токсичных промышленных отходов, отвечающих необходимым
требованиям.
Отходы производства и потребления размещают на временное хранение
на территории предприятия или они подлежат обезвреживанию и
захоронению на специальных полигонах, отвалах горных пород, подземных
хранилищах-могильниках либо на полигонах твердых бытовых отходов.
Местами временного хранения считаются специально оборудованные
площадки с твердым покрытием, гидроизоляцией, находящихся на
территории предприятия, а также специальная тара (контейнеры, бочки и
т.д.).
Перевозка отходов от основного предприятия к вспомогательным
производствам и на полигоны складирования осуществляется специально
оборудованным
транспортом
основного
производителя
или
специализированных транспортных фирм. При этом должна быть исключена
возможность аварийных ситуаций, потерь и загрязнения окружающей среды
по пути следования.
Предельное
накопление
количества
отходов
определяется
предприятием в каждом конкретном случае на основе баланса материалов,
результатов инвентаризации отходов с учетом их макро- и микросостава,
физико-химических свойств, агрегатного состояния, токсичности и уровней
миграции компонентов отходов в атмосферный воздух.
Подземное хранилище-могильник (ПХМ) представляет систему горных
выработок, предназначенных для захоронения, хранения или складирования
нетоксичных отходов (НТО) в геологической формации, являющейся
природным изолятором и барьером.
Токсичные отходы, предназначенные для размещения в ПХМ, должны
поступать от их производителя в металлических контейнерах или
изготовленных из синтетических материалов. Крышки контейнеров должны
иметь возможность герметически закрываться, запаиваться или заклеиваться.
74
Различные токсичные отходы не смешивают и не упаковывают в одном
контейнере,
если
они
могут образовывать
самовозгорающиеся,
взрывоопасные вещества и ядовитые газы.
На территории России используется несколько полигонов для
захоронения радиоактивных отходов, а также центры по утилизации их
(Челябинск-65, Красноярск-26). Кроме этого имеются незахороненные
радиоактивные отходы, что еще более обостряет экологическую
безопасность.
Известно, что процесс переработки является самым грязным звеном
ядерного топливного цикла. При переработке образуется огромное
количество жидких радиоактивных отходов, что ведет к загрязнению
окружающей среды долгоживущими радионуклидами.
Большую опасность представляют забытые захоронения отходов, на
месте которых сейчас могут находится жилые дома или другие сооружения.
Учета таких захоронений практически не велось.
Сбор и сортировку радиоактивных отходов осуществляют в местах их
образования и/или переработки с учетом радиационных, физических и
химических характеристик в соответствии с системой классификации
отходов и с учетом методов последующего обращения с ними.
Первичная сортировка отходов включает в себя их разделение на
радиоактивные и нерадиоактивные составляющие.
С целью изменения свойств РАО для перевода их в менее опасные
формы, пригодные для использования, хранения или захоронения проводится
переработка отходов в зависимости от их агрегатного состояния. Одной из
операций по переработке РАО, конечной целью которой является их перевод
в форму, пригодную для транспортирования, хранения и захоронения
является кондиционирование. Методы кондиционирования выбирают с
учетом характеристики отходов, технологических и экономических
показателей процесса, а также с учетом условий
и
продолжительности
временного
хранения
упаковок,
условий
транспортировки и захоронения.
Захоронение радиоактивных отходов – это безопасное размещение их
без намерения последующего извлечения. Отходы, направляемые на
захоронения,
должны
отвечать
требованиям,
предъявляемым
к
кондиционированным
отходам
и упаковке, регламентированными
специальными нормативными документами. При захоронении отходов
должна быть обеспечена радиационная безопасность человека в течение
всего срока сохранения отходами потенциальной опасности.
75
Таблица 1
Рекомендации при выборе метода и типа сооружений обезвреживания и утилизации твердых бытовых
отходов
Климатические районы
России
специализированные
районы
Численность
Высоконагр
Методы обезвреживания и утилизации ТБО
обслуживаемого
ужаемые
сжигани
компостирование
комплексные
населения,
полигоны
е
заводы
полевые
заводы
тыс. чел.
(компостирование и
установки
сжигание)
IА, Б, Г, Д – север, районы
25–125
+
многолетней мерзлоты
200 и более
+
++
IВ–II
–
центральные
25–125
+
++
районы
200–500
++
+
+
600 и более
+
+
++
III–IV – южные районы
25–125
+
++
200–500
+
+
++
600 и более
+
+
++
Международные морские
25–125
+
порты
200–1200
+
++
1150 и более
++
+
Примечание. + – желательное решение, ++ – наиболее желательное решение
5
Таблица 2
Сопоставление традиционных способов утилизации ТБО
Показатель
1. Санитарно-экологические аспекты:
загрязнение почвы
загрязнение воды
загрязнение атмосферы (в том числе
диоксидами)
количество не утилизированных по
массе отходов
2. Эколого-экономические аспекты:
использование теплоты
получение металлов
переработка отходов
получение электроэнергии
3. Экономические аспекты:
сравнительные капитальные затраты
Полигоны
Вид утилизации
Мусоросжигательны
Компостирование
й завод
Только полигона
Нет
Нет (может быть
биогазом)
Нет
Шлак на полигоне
Нет
Нет (бункер герметичен) Нет
Есть, требуется очистка
Шлак до 40…60 %
Нет
Затруднено
Нет
Нет
Нет
На порядок меньше
МСЗ
(без
учета
стоимости земли)
Да
Да
Сомнительно
Возможно
Соизмеримы с МПЗ
Нет
Нет
Нет
Продажа компоста
Нет
Больше,
чем
при
полигонном способе, но
меньше, чем при МПЗ и
МСЗ 40 %
эксплуатационные расходы по
25
%
500
%
40 %
отношению к МПЗ
Большая
площадь Ужесточение
Ужесточение требование
дополнительные
факторы, нарушенных земель требование к сжиганию к компосту
влияющие на экономику
(возможно
и
выделению
даже
уменьшение
при безвредных газов
брикетировании)
Недостаточно
Есть
Есть
отработано
отечественное оборудование
____________________________________
Расходы на МПЗ учитывают как пиролиз, так и частичную реализацию продуктов переработки
6
Мусороперерабатываю
щий завод
(с пиролизом)
Балласт на полигоне
Нет
Требуется
очистка
выбросов реактора
Балласт до 20 %
Возможно (от пиро-лиза)
Да
Да
Нет
Соизмеримы с МСЗ
100 %
Трудности при реализации
продуктов переработки
Есть
Для сбора РАО в организации должны быть специальные сборникиконтейнеры. Для первичного сбора твердых РАО могут использоваться
пластикатовые или бумажные мешки, которые затем загружаются в
сборники-контейнеры.
Жидкие РАО собирают в специальные емкости в организации, где
образуются жидкие РАО. При малых количествах жидких РАО (менее 200
л/сут) они направляются на хранение или переработку в специализированные
организации (СПО). В организациях, где возможно образование значительного
количества жидких РАО (более 200 л/сут), проектом предусматривают систему
спецканализации. В спецканализацию не должны попадать нерадиоактивные
стоки.
В процессе сбора РАО разделяют на горючие и негорючие. Горючие
жидкие РАО собирают в отдельные емкости, отвечающие требованиям
пожарной безопасности.
Временное хранение РАО различных категорий в организации
осуществляют в отдельных помещениях либо на специально выделенном участке
(рис. 1), оборудованном в соответствии с требованиями, предъявляемыми к
помещениям для работ не ниже II класса. Запрещается хранение в организациях
свыше срока, предусмотренного проектом, некондиционированных РАО и
отработавших источников ионизирующего излучения.
Одним из элементов участка захоронения токсичных промышленных
отходов и РАО являются карты в виде котлована (рис. 2) объемом до 100 м3 и
более, сооруженные из отдельных элементов строительных конструкций:
днища, стен, перекрытий, гидроизоляции, обваловки и т. п. Основными
элементами днищ, стен, перекрытий являются, как правило, железобетонные
плиты, соединенные цементными швами. Жидкие токсичные промышленные
Рис. 1. Схема участка захоронения:
1–3 – карты для захоронения отходов различных классов опасности; 4 – железобетонные
бункеры для захоронения особо опасных веществ; 5 – карты, возводимые в процессе
эксплуатации
1
отходы и РАО могут сливаться непосредственно в карты и занимать
практически весь его объем. В этом случае карты изнутри дополнительно
облицовывают листами из нержавеющей стали со сварными швами. Для
дезактивации сборников-контейнеров оборудуют специальное помещение (или
место в помещении).
Принятый в 1998 г. ФЗ «Об отходах производства и потребления»
устанавливает общие требования к обращению с отходами. В частности,
деятельность по обращению с отходами, в том числе опасными, подлежит
лицензированию. Осуществляется контроль за транспортировкой и
складированием отходов. Контроль состоит из государственного,
производственного и общественного.
Контроль за хранением и использованием радиоактивных материалов
возложен на Госкомсанэпиднадзор и Госатомнадзор России.
Рис. 2. Карты
Закон позволит реализовать ряд рыночных механизмов управления
отходами, что в нынешней ситуации может иметь даже большее значение,
чем административное регулирование. В настоящее время уже ведутся
работы по Федеральной целевой программе «Отходы». Цель программы –
снижение уровня загрязнения окружающей среды отходами и экономия
природных ресурсов за счет максимально возможного вторичного
2
вовлечения отходов в хозяйственный оборот.
снижения объемов образования отходов на основе
и безотходных и безотходсокращения количества
применения новых технологий, экологически
отходов.
Будут решаться задачи
внедрения малоотходных
опасных отходов за счет
безопасное размещение
Ресурсосберегающие технологии
Вся совокупность воздействия человека на природу все чаще в
последнее время называют природопользованием. Это предполагает
совокупность всех форм эксплуатации природно-ресурсного потенциала
как части природных ресурсов Земли, которая может быть вовлечена в
хозяйственную деятельность человека при данных технических и
социально-экономических возможностях общества. Природопользование
может иметь как рациональный, так и нерациональный характер.
Рациональное природопользование - это планомерное, научно-обоснованное
преобразование окружающей среды по мере совершенствования
материального производства на основе комплексного использования
невозобновляемых природных ресурсов.
Разработка и внедрение принципиально новых ресурсосберегающих
технологий могут сократить отходы, довести их до минимума, но не
ликвидировать полностью.
Для уменьшения количества отходов в основном производстве
целесообразно создание и внедрение малоотходных и безотходных
технологий. Под безотходной технологией понимают не просто технологию
или производства того или иного продукта, а принцип организации и
функционирования
производства,
региональных
промышленнопроизводственных
объединений,
территориально-промышленных
комплексов в целом. При этом рационально используются все компоненты
сырья и энергии в замкнутом цикле, т. е. не нарушается сложившееся
экологическое равновесие. Малоотходная технология - это промежуточный
этап при создании безотходного производства. При этом вредное
воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого
санитарными нормами.
Таким образом, суть безотходной технологии не в том, что в
производстве вовсе исключаются отходы, а в том, что компоненты сырья
последовательно перерабатываются в полезную продукцию. Те из них,
которые ранее составляли отходы, выбрасывались, загрязняя природную
среду, превращаются в ценное сырье, хотя в большинстве случаев не для
того предприятия, на котором они возникали, а для ряда других
производств и отраслей. В настоящее время проблема комплексного
использования сырья может решаться в полной мере с разработкой
соответствующих технических условий и экономической целесообразности.
И так, основные принципы создания безотходных производств
заключаются в комплексной переработке сырья с использованием всех
3
компонентов, переработке отходов и потреблении с получением товарной
продукции, создании замкнутых водо- и газооборотных циклов и создании
безотходных территориально-производственных комплексов.
Важным моментом при рассмотрении ресурсосберегающих технологий
является то обстоятельство, что различные ресурсы потребляются не только
на производстве, но и в быту. Объемы потребления населением материальных благ и ресурсов весьма значительны. При этом следует отметить
тенденцию роста объемов отходов потребления по сравнению с отходами
промышленности.
Пути перехода к безотходному типу потребления имеют свои
особенности. Одна из них заключается в том, что отрасли, обслуживающие
население, наименее «технологичны» в отношении безотходности. Помимо
того, что материальные ценности в этих отраслях рассредоточены в
соответствии со сложившейся системой расселения по территории всей
страны,
объемы
образующихся
отходы
очень
разнородны
и
многокомпонентны. Положение осложняется тем, что сфера потребления в
гораздо меньшей степени, чем сфера производства, поддается
экономическому регулированию. Сфера потребления всегда ориентирована
на конкретных людей, живущих в соответствии с многочисленными
национальными традициями, особенностями регионов, уровнем культуры
и т. д.
Таким образом, достижение рационального использования ресурсов
в сфере потребления – сложная проблема и ее решение может быть
достигнуто с помощью мер, условно разделяемых на две основные группы.
Первая объединяет меры, предпринимаемые в отраслях общественного
обслуживания
(экономическое
регулирование),
вторая
–
меры
воспитательного характера, направленные на выработку у каждого
гражданина сознательного отношения к потребляемым ресурсам
(регулирование воспитанием). На практике эти меры носят комплексный
характер, взаимно дополняя друг друга. Внедрение новых технологических
решений, с помощью которых достигается экономия ресурсов, должно
сопровождаться их пропагандой и созданием условий для широкого
использования.
Например, одним из наиболее используемых ресурсов для бытовых
нужд является питьевая вода. Жилищно-коммунальное хозяйство наряду с
промышленностью и сельским хозяйством – крупнейший потребитель воды.
Специалисты подсчитали, что водопотребление в расчете на одного жителя,
пользующегося водопроводом, составляет
200–240 л/с, а
пользующегося, образно говоря, «ведром» - только 20 - 40 л. Чаще всего
потери воды вызваны техническими неполадками, нарушениями
эксплуатации водопроводов и т. д. Речь идет, в частности, о неисправностях
оборудования, утечек воды из труб. Кроме того, много питьевой воды
расходуется не по назначению, например на полив зеленых насаждений и т.
д.
4
Для решения вопроса рационального водопользования необходимо
наладить тщательный учет всей расходуемой воды и оперативно устранять
технические неполадки в системах водообеспечения. О том, что
возможности для этого есть, свидетельствуют значительные различия в
уровне потребления воды между различными городами и регионами страны,
а также достигнутым уровнем потребления воды в ряде различных
государств. Таким образом, для обеспечения рационального потребления
воды необходим комплекс мер, объединяющий прогресс в области
экономики, организации и техники, дополненный продуманной
эффективной воспитательной работой.
Все это в полной мере относится и к потреблению других видов
ресурсов, в частности топливно-энергетических. Например, потребление
электроэнергии на бытовые нужды в последнее время ежегодно
увеличивается на 10 %. Опыт показывает, что такое увеличение не всегда
оправданно. Одним из направлений экономии электрической энергии
является
массовый
выпуск
бытовой
техники,
обеспечивающей
рациональное потребление электроэнергии.
Например, замена парка бытовых холодильников на более
экономичные
модели
(с
усовершенствованной
теплоизоляцией,
автоматическим
оттаиванием)
позволила
снизить
потребление
электроэнергии. Переход на «зимнее» и «летнее» время, позволяющий
лучше использовать «светлые» часы суток, в целом по народному хозяйству
дает экономию около 3 млрд. кВтч электроэнергии в год, на 3–4 млн. кВтч
снижает пиковые нагрузки энергосистем.
В принятой ООН «Всемирной стратегии охраны природы», в
частности, записано: «Мы не унаследовали Землю наших отцов. Мы взяли
ее в долг у наших детей». Поэтому именно принцип не брать «взаймы у
потомков» должен стать определяющим при принятии всех без исключения
решений по вопросам использования природных ресурсов.
Контрольные вопросы к лекции 13
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Работа мусоросжигающих заводов.
Пиролиз ТБО.
Технология компостирования ТБО.
Технические и радиоактивные отходы, их характеристика.
Технология обработки и захоронение РАО.
Захоронение токсичных промышленных отходов.
Значение ресурсосберегающих технологий, их сущность.
5
Лекция
воздействий
16.
Защита
окружающей
среды
от
энергетических
Физические загрязнения среды, их нормирование
В жизни человека встречается широкий диапазон загрязнений
окружающей среды в зависимости от их характера. Влияние и определение
их количественных и качественных характеристик позволяет делать оценку
функционирования природно-промышленных систем по экологическим
показателям, воздействующим на природную среду. При этом воздействия
могут протекать в открытой или скрытой формах. Так, для открытых форм
воздействия характерны выбросы (в атмосферу), сбросы (в гидросферу или
литосферу), а для закрытых – поля электромагнитных и ионизирующих
излучений, микроконцентрации вредных веществ и т. д.
Ряд природных и антропогенных загрязнений могут конкретизироваться
по их характерным свойствам. В этой связи различают физические,
химические, физико-химические и биологические виды загрязнений.
Физическим загрязнением называют такое, которое связано с
изменением физических параметров среды: шумовых, электромагнитных,
радиационных и т. п. с соответствующими конкретными названиями,
например шумовое загрязнение.
Шум и вибрация
Развитие промышленности приводит к шумовому загрязнению среды в
виде превышения естественного уровня шума и превышения звуковых
характеристик (частоты, интенсивности и т. п.) в населенных пунктах, в
жилых и производственных помещениях. Это происходит вследствие работы
транспорта, промышленных устройств, энергетического оборудования
теплоэлектроцентралей, бытовых приборов, поведения людей и др.
Шум – это любой нежелательный звук или совокупность звуков,
оказывающих неблагоприятное воздействие на организм человека.
Измеряемыми показателями звука являются звуковое давление в паскалях
(Па), интенсивность звука (Вт/м2) и частота (Гц). Звуковое давление – это
разность давления в возмущенной и невозмущенной среде. Интенсивностью
звука называют поток звуковой энергии в единицу времени, отнесенный к
единице поверхности, перпендикулярной к направлению распространения
звуковой волны.
Минимальные значения звукового давления Р0 и интенсивности J0,
едва различимые слуховым анализатором человека, называют порогово
ощутимыми: при частоте 1000 Гц Р0 = = 2⋅10-5 Па, J0 = 10-12 Вт/м2. Порогово
ощутимые значения звукового давления Р0 и интенсивности звука J0
отличаются от значений звукового давления и интенсивности звука,
вызывающих болевой порог слухового анализатора, в миллиарды раз.
Болевым порогом считают звуковое давление 200 Па и интенсивностью 100
6
Вт/м2. Пользоваться в акустических расчетах подобными значениями Р и J,
лежащими в столь широком диапазоне, неудобно и поэтому на практике
используют логарифмические уровни Lр и LJ, которые рассчитывают
относительно пороговых значений Р0 и J0 по следующим формулам:
LJ = 10lg
J
;
J0
L p = 20lg
P
.
P0
(1)
(2)
Уровень интенсивности звука LJ и уровень звукового давления Lр
выражают в децибелах (дБ). Логарифмическая шкала удобна для оценки
шума, поскольку уровень интенсивности звука LJ и уровень звукового
давления Lр укладываются в пределах от 0 до 140 дБ, а орган слуха человека
практически реагирует на изменение уровня шума в 1 дБ.
Человек обладает неодинаковой чувствительностью к звукам
различной частоты. Поэтому одной из важных характеристик шума является
его частота f, измеряемая в герцах (Гц).
В зависимости от частоты шум подразделяют на низкочастотный −
диапазон частот ниже 400 Гц; среднечастотный − от 400 до 1000 Гц;
высокочастотный − свыше 1000 Гц.
Для оценки шума используют звуковой диапазон частот от 22,5 до
11200 Гц, включающий девять октавных полос со среднегеометрическими
частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.
Шумовое загрязнение отрицательно воздействует на организм
человека, вызывая повышенную утомляемость, снижение умственной
активности, производительности труда, приводит к физическим и нервным
заболеваниям.
Выраженные психологические реакции проявляются уже начиная с
уровней шума 30 дБ. Нарушения вегетативной нервной системы и
периферического кровообращения наблюдаются при шуме 40−70 дБ.
Воздействие шума в 50−60 дБ на центральную нервную систему проявляется
в виде замедления реакций человека, нарушений биоэлектрической
активности головного мозга с общими функциональными расстройствами
организма и биохимическими в структурах головного мозга.
Особенно тяжело переносятся внезапные резкие звуки высокой частоты.
Шум более 90 дБ вызывает постепенное ослабление слуха, язвенную болезнь,
гипертонию, болезни нервно-психического стресса, повышает агрессивность
и т. п. Очень сильный шум (свыше 110 дБ) ведет к так называемому
шумовому опьянению, а затем к разрушению тканей тела, прежде всего
слухового аппарата.
Воздействие шума на организм во многом зависит от уровней шума,
времени его воздействия, индивидуальных особенностей человека,
временной характеристики шума и многих других факторов.
По временной характеристике выделяют шум:
7
постоянный (если за время измерения в помещениях жилых и
общественных зданий, на территории жилой застройки шум изменяется не
более чем на 5 дБА при измерениях по временной характеристике шумомера
«медленно»);
непостоянный (если за время измерения в помещениях жилых и
общественных зданий, на территории жилой застройки шум изменяется
более чем на 5 дБА при измерениях по временной характеристике шумомера
«медленно»).
Ученые отмечают вред, который наносит шум растениям и многим
другим живым организмам (например, шум при строительстве
автомобильных дорог, производстве взрывов приводит к оставлению
птицами своих гнезд, преждевременным родам и выкидышам у животных).
При повышенном шуме замедляется рост растений, происходит постепенное
их увядание, а растения, подвергнутые «шумовому обстрелу» в 100 дБА,
погибают.
Нормируемыми параметрами постоянного шума являются уровни
звукового давления L, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими
частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц. Для
ориентировочной оценки допускается использовать уровни звука LА, дБА.
Нормируемыми
параметрами
непостоянного
шума
являются
эквивалентные (по энергии) уровни звука LАЭКВ, дБА и максимальные уровни
звука LАМАХ, дБА.
Допустимые уровни шума в помещениях жилых, общественных зданий
и на территории жилой застройки установлены санитарными нормами СН
2.2.4/2.1.8.562–96 в зависимости от времени суток (день, ночь) и назначения
помещения или территории.
Обеспечение допустимых уровней шума в городах и других
населенных пунктах осуществляют по следующим основным направлениям:
на источниках шума конструктивными и административными
методами (создание и применение малошумных агрегатов и экипажей, а
также регламентация времени их работы);
на пути распространения шума от источника до объектов шумозащиты
архитектурно-планировочными и инженерно-строительными методами и
средствами;
на объекте, защищаемом от шума, конструктивно-строительными
мероприятиями, обеспечивающими повышение звукоизолирующих качеств
ограждающих конструкций, зданий и сооружений, рациональной внутренней
планировкой жилых зданий.
Мероприятия по защите населения от такого опасного загрязнителя,
как шум, необходимо предусматривать еще на стадии градостроительного
проектирования. В этом случае достигается наибольший эффект. Для
обеспечения допустимых уровней звука в зданиях и на территориях жилой
застройки при разработке проектных решений на всех стадиях
градостроительного проектирования учитывают следующее:
каждое удвоение расстояния от источника шума дает снижение уровня
звука на 4–5 дБА;
препятствия, экраны, стенки, специальные зеленые насаждения, откосы
и т. д., расположенные на пути распространения звука (если их длина и
высота более 6–10 м), могут снизить уровень звука на 5–25 дБА;
8
звукоизоляция ограждающими конструкциями защищаемого объекта
или источника шума может обеспечить снижение уровня звука до 50 дБА;
звукопоглощающие поверхности зданий и сооружений, над которыми
происходит распространение шума, могут обеспечить дополнительное
снижение уровня звука до 20 дБА.
Источниками возникновения вибраций в жилой застройке являются
автомобильный и железнодорожный транспорт, строительные площадки,
машины ударного и динамического действия (прессы, насосы, вентиляторы,
грузоподъемные краны и др.). Характеристики основных источников
вибрационного воздействия в городах.
Техногенная вибрация может быть причиной деформаций и
разрушений зданий, памятников архитектуры, а также возникновения лавин,
селей камнепадов, разрушения склонов и др.
Наиболее чувствительны к вибрациям люди. Вибрации в жилой
застройке вызывают беспокойство, нарушение сна, отдыха, отдельных видов
трудовой деятельности человека.
Методы и средства обеспечения допустимых уровней шума
Методы и средства шумозащиты, способствующие обеспечению
допустимых уровней шума в проектах планировки и застройки городов и
других населенных пунктах, разрабатывают на основе акустических расчетов
уровня шума источников, ожидаемого шумового режима в характерных
точках защищаемого объекта и оценки обеспеченности его акустическим
комфортом.
Акустический расчет состоит из следующих этапов:
выявление источников шума и определение их шумовых
характеристик;
установление расчетных точек (РТ);
разбивка территории на участки, отличающиеся по условиям
распространения шума;
определение расчетных уровней шума в РТ;
определение допустимых уровней шума в РТ;
оценка соответствия шума в РТ допустимым значениям.
При разработке проектов детальной планировки районов города и
проектов застройки предусматривают градостроительные и инженернотехнические средства и методы шумозащиты. Наиболее эффективными
градостроительными методами защиты от шума являются:
зонирование территорий жилых районов, заключающееся в
перераспределении плотности жилого фонда сосредоточением учреждений
культурно-бытового обслуживания и части жилого фонда в зданиях-экранах,
расположенных у остановок транспорта и вдоль городских и районных
магистралей; отведения внутренних территорий района для основного
жилого массива повышенной этажности, детских и дошкольных учреждений,
школ и мест отдыха;
формирование
системы
специальных
зеленых
насаждений,
предусматривающей защиту застройки от транспортного шума на
магистралях и от локальных источников шума: игровых, спортивных
площадок, плескательных бассейнов и т. д.
9
К инженерно-техническим средствам, способствующим снижению
уровня шума до допустимого, относятся разного рода экранирующие
устройства и сооружения; которые применяют в сочетании с архитектурнопланировочными решениями в зависимости от градостроительной ситуации.
В условиях нового строительства и реконструкции в последнее время
получают широкое распространение жилые дома-экраны*, разработанные по
индивидуальным и типовым проектам, с односторонней ориентацией жилых
помещений, которые можно располагать на самых шумных транспортных
коммуникациях.
Щумозащитные экраны, устанавливаемые между источниками шума и
объектами защиты в жилой застройке, предназначены для снижения шума.
Экранами могут служить придорожные подпорные, ограждающие и
специальные защитные стенки, искусственные и естественные элементы рельефа
местности – грунтовые валы, насыпи, холмы, откосы выемок, террас, оврагов и т.
п. или их комбинации, а также специальные шумозащитные сооружения –
галереи, тоннели и др. кроме того, функции экранов могут выполнять здания,
в помещениях которых допускаются уровни звука более 45 дБА (здания
предприятий бытового обслуживания населения, торговли, общественного
питания, коммунальных предприятий и др.), а также шумозащитные жилые и
общественные здания (рис. 1).
Разность длин путей звукового луча δ , м, в соответствии с расчетными
схемами экранов определяют по формуле
δ = (a + b) − c ,
(3)
где а – кратчайшее расстояние, м, между акустическим центром
источника шума и верхней кромкой экрана; акустический центр потоков
средств автомобильного, железнодорожного и водного транспорта следует
располагать по оси дальней от расчетной точки полосы (пути) движения на
высоте 1 м от уровня поверхности проезжей части улицы или дороги
(головки рельса); b – кратчайшее расстояние, м, между расчетной точкой и
верхней кромкой экрана; с – кратчайшее расстояние, м, между акустическим
центром источника шума и расчетной точкой. Снижение уровня звука
плотными полосами зеленых насаждений ∆LАзел , дБА, с примыканием крон
деревьев друг к другу и с заполнением подкронового пространства густым
кустарником определяют по номограмме (рис. 2). Номограмму допускается
применять при ширине полосы зеленых насаждений не более 100 м.
Снижение уровня звука плотными полосами зеленых насаждений свыше 100
м принимают равным 8 дБА.
*
Протяженный шумозащитный дом-экран не только обеспечивает
условия акустического комфорта своим жильцам, но и снижает шум до 20–25
дБА на всей расположенной за ним территории.
10
Рис. 1. Типы экранов:
1 – экран-стенка; 2 – экран-насыпь; 3 – экраан-выемка; 4 – экран-терраса; 5 – выемка с
насыпью; 6 – насыпь со стенкой
11
При составлении проектов
планировки и застройки городов и
других населенных пунктов предусматривают разработку следующих
документов,
различающихся
на
разных
стадиях
проектирования
степенью детализации:
карты шума источников –
аэропортов
(аэродромов),
трасс
авиационных и наземных транспортных
коммуникаций
уличнодорожной сети, промышленных и
транспортных предприятий (крупные
заводы, порты, железные дороги,
сортировочные станции и пр.);
карты зашумленности рассматриваемых территорий, где территорию
акустического дискомфорта определяют в га, км2, процентах или эпюры
дискомфорта по линии застройки – в
дБА;
пояснительной записки, содержащей необходимые акустические и
технико-экономические расчеты, выводы и предложения по применению
тех или иных планировочных и
архитектурно-строительных средств,
обеспечивающих
нормализацию
шумового режима на территориях и
Рис. 2. Номограмма для определения объектах, а также направления работ
снижения уровня звука плотными по развитию и уточнению средств
защиты от шума в градострополосами зеленых насаждений
ительных решениях на последующих стадиях проектирования.
Акустические характеристики источников регистрируют на карте
расчетных уровней шума улично-дорожной сети, промышленных
предприятий, аэродромов (аэропортов), трасс авиалиний и водных путей
сообщения.
Наиболее важной является карта шума улично-дорожной сети, так как
транспортные шумы в населенных пунктах обычно составляют 80–90 % всех
внешних шумов, проникающих в места постоянного пребывания городского
населения.
Контрольные вопросы к лекции 14
1. Дайте определение физического загрязнения.
2. Основные показатели звука.
3. Воздействие шума на человека.
12
4. Условия снижения уровня шума при градостроительном
проектировании.
5. Этапы акустического расчета.
6. Инженерно-технические средства по снижению шума.
13
Лекция 17. Радиоактивные и электромагнитные источники
загрязнений
Радиоактивное загрязнение
Особое место среди всех проблем национальной безопасности занимают
проблемы, связанные с естественной и искусственной радиацией и
обеспечением радиационной безопасности.
Вопросы радиационной безопасности регламентируются Федеральным
законом «О радиационной безопасности населения», нормами радиационной
безопасности (НРБ–99) и другими правилами и положениями.
Радиационная безопасность представляет собой многогранную
деятельность, так или иначе связанную с обеспечением методов защиты от
воздействия источников ионизирующих излучений на человека и
окружающую среду. Главной целью радиационной защиты является охрана
здоровья персонала и населения и их потомства от вредного воздействия
ионизирующих излучений путем соблюдения основных принципов и норм
радиационной безопасности в зависимости от категории облучаемых лиц. В
основе радиационной защиты лежат три основных принципа: оправданности,
оптимизации и ограничения облучения человека ионизирующими
излучениями.
Во-первых, любое воздействие ионизирующих излучений на человека
должно быть оправданным с точки зрения потенциальной пользы для этого
человека или общества.
Во-вторых, принцип оптимизации означает, что дозы облучения
должны поддерживаться на таких низких уровнях, которых можно только
разумно достичь с учетом экономических и социальных факторов.
В-третьих, ограничение облучения заключается в создании такой
системы защиты от ионизирующих излучений облучаемых лиц, их потомства
и человечества в целом, при которой полученные эквивалентные дозы или
возможное облучение не должны превышать соответствующих пределов,
предусмотренных нормами радиационной безопасности.
Главными источниками радиоактивного загрязнения окружающей
среды являются испытания ядерного оружия, аварии на атомных
электростанциях и на предприятиях, а также радиоактивные отходы.
Естественная радиоактивность, включая радоновую, также вносит вклад в
уровень радиоактивного загрязнения.
В
результате
ядерных
испытаний
биосфера
подверглась
антропогенному радиоактивному загрязнению. Уровень его в ряде районов
значительно превышает природный фоновый.
Ряд крупных ядерных аварий в различных местах планеты (прежде
всего авария на Чернобыльской АЭС) также стали источником глобального
радиоактивного загрязнения.
14
Судьба радионуклидов, попавших в природную среду, зависит от их
растворимости и биологической доступности. Легче смываются
радионуклиды, которые находятся на поверхности частиц, но
растворимость их невелика (3 -12 %).
Распространение радиоактивного следа от выброса радионуклидов зависит
от метеорологических факторов.
Континентальные водоемы подвергаются радиоактивному загрязнению
из различных источников. Одним из наиболее существенных являются АЭС.
Использование водоемов в качестве охладителей для АЭС приводит к
поступлению в них вместе со сточными водами радиоактивных изотопов,
которые быстро поглощаются водной биотой и донными осадками. В
результате такого поглощения содержание радионуклидов в воде снижается
и часто не превышает установленных нормативов, но в водной флоре и
фауне концентрация их на порядки выше, чем в воде.
Процесс поглощения радионуклидов водной биотой и донными
осадками зависит не только от их природы, но и от многих факторов,
наиболее значимыми среди которых являются: видовые особенности
гидробионтов, тип донных отложений, концентрация в воде изотопных и
неизотопных носителей, рН, освещенность, температура, сезон года, уровень
трофности водоема.
Потенциальную радиационную опасность на территории нашей
страны создают: предприятия по производству материала для ядерного
оружия – Арзамас-16, Челябинск-40, Красноярск-45, Томск-7,
одиннадцать действующих атомных электростанций, которые дают около
12 % электроэнергии для Российской Федерации (всего на территории
России действует 31 энергетический реактор и строятся 6 реакторов),
работают семь атомных ледоколов. На территории России расположены
15 полигонов для захоронения радиоактивных отходов, которые также
служат
источниками
потенциальной
радиационной
опасности.
Расщепляющийся
материал
широко
используется
в
научных
исследованиях, приборах и производстве.
На азиатской территории РФ имеется несколько зон, загрязненных в
результате произошедших радиационных аварий.
Повышенные уровни загрязнения отмечены на территории Алтайского
края, граничащей с Семипалатинской областью, где располагался ядерный
полигон.
15
В 70-х годах на Алтае резко увеличилось число мертворожденных
детей или ослабленных, с аномалиями. Через 20 лет снова участились
случаи патологических родов, появились желтые новорожденные - с
нарушениями функций центральной нервной системы, печени, иммунитета.
Сейчас онкозаболеваемость в данном регионе на 30—40 % выше, чем в
России, а число раковых заболеваний у детей превосходит
среднероссийский показатель в 2–3 раза.
Вызывает озабоченность сосредоточение на ряде промышленных
предприятий («Маяк», Сибирский химический комбинат, Горнохимический комбинат, АО «Новосибирский завод химконцентратов», ПО
«Чепецкий механический завод», НИИАР) средне- и низкоактивных жидких
отходов в открытых водоемах-хранилищах, откуда они проникают в
грунтовые и подземные воды.
Большую опасность представляют выведенные из эксплуатации
атомные подводные лодки с невыгруженными активными зонами и
аварийными реакторами.
Одним из важных источников облучения населения является природный
радиоактивный газ радон.
При оценке риска в США к проблеме высокой степени медицинского
риска отнесено загрязнение воздуха помещений радоном. В 1984 г.
Национальная комиссия по радиационной безопасности США уведомила
население страны об опасности, связанной с радоном.
По оценкам американских специалистов, радон является причиной
смерти от рака легких десяти тысяч человек ежегодно.
Во Франции создано Бюро по защите от радона.
Жертвы гибельного воздействия радона были известны еще в средние
века, за четыре столетия до его открытия.
В поселках рудокопов в горах
Южной Германии мужчины часто умирали от загадочной болезни –
«горняцкой чахотки». В забоях при отсутствии вентиляции горняки
испытывали одышку, теряли сознание и умирали.
В 1937 г. врач Людвиг Телеки установил, что эта загадочная болезнь –
один из видов рака легких, характерный для тех рудников Южной
Германии, где высока концентрация радона.
Радон – газ, не имеющий цвета и запаха. Является одним из наиболее
весомых естественных источников радиации (радон-222). Радон-222
представляет собой продукт радиоактивного превращения урана, тория,
16
радия. Согласно оценке ООН, радон и продукты его распада составляют 3/4
годовой индивидуальной эквивалентной дозы облучения, получаемого
населением от земных источников радиации. Большую часть этой дозы
человек получает от радионуклидов, попадающих в организм при дыхании,
особенно в непроветриваемых помещениях.
Радон высвобождается из земной коры повсеместно, но концентрации
его в разных точках земного шара различны. Известны регионы в Бразилии,
Индии и Иране с высоким уровнем земной радиации радона.
В зонах с умеренным климатом концентрация радона в закрытых
помещениях в среднем в 8 раз выше, чем в атмосферном воздухе вне
помещений. Главный источник радона в закрытых помещениях - грунт.
Особенности грунта, тип строительных материалов и конструкций
существенно влияют на концентрацию радона в помещении.
Сейчас считают, что радон вызывает у человека одышку,
сердцебиение, мигрень, бессонницу, состояние тревоги. В некоторых
случаях развиваются злокачественные заболевания легких, кроветворных
органов.
У нас в стране опасность радона пока явно недооценивается. Работы по
изучению влияния радона на людей были начаты в России еще в начале
века. Однако они не получили продолжения. Только в начале 90-х годов
стали появляться публикации, направленные на оповещение широкой
общественности об опасности загрязнения радоном и необходимости
принятия мер по снижению такой опасности.
Электромагнитные загрязнения
В век научно-технического прогресса значительно расширился вид
антропогенных загрязнений, одним из которых является электромагнитный.
Электромагнитные загрязнения возникают от линий электропередач, радио и
телевидения, работы некоторых промышленных установок и т. п. В природе
также существуют естественные изменения в электромагнитном фоне Земли,
например, при изменениях солнечной активности на Крайнем севере,
называемые электромагнитными аномалиями. Особенно важное значение
электромагнитное
загрязнение
приобрело
в связи
с
широким
распространением электронных систем управления.
Устройства, генерирующие, передающие и использующие электрическую
энергию, создают в окружающей среде электромагнитные поля (ЭМП).
ЭМП – это особая форма материи, которая обнаруживается по силовому
воздействию на заряды и характеризуется напряженностью электрического
17
поля Е (В/м), магнитной индукцией В (Тл) либо напряженностью магнитного
поля Н (А/м) и плотностью потока энергии Р (Вт/м2).
Переменное
во
времени
ЭМП,
распространяющее
в
виде
электромагнитных волн, (ЭМВ) называют электромагнитным излучением, а
постоянное во времени – статическим. Основными параметрами ЭМВ
являются длина волны λ (м) и частота колебаний f (Гц).
Различные отрасли промышленности характеризуются наличием
источников ЭМП промышленной частоты (50 Гц) и широкого
радиочастотного диапазона, охватывающего частоты от нескольких Гц до
300 ГГц.
Источниками ЭМП промышленной частоты являются трансформаторы,
воздушные линии электропередачи, кабельные линии, электрооборудование
и др. Создаваемые ими электромагнитные излучения вызывают в организме
человека высокую биологическую активность.
Наиболее чувствительна к воздействию ЭМП нервная система,
функциональное изменение которой влечет за собой напряжение других
систем организма, в частности эндокринного аппарата, а также обменных
процессов. Опасность магнитных полей зависит от напряженности и
продолжительности их воздействия. При этом могут возникать изменения
функционального состояния нервной, сердечно-сосудистой, иммунной
систем, а также условия развития лейкозов и злокачественных
новообразований.
Непосредственное влияние электрических полей выражается в его
тепловом воздействии на молекулы, клетки и ткани, которые под
воздействием ЭП приобретают электрические свойства проводников.
Избыточное тепло в организме и повышение температуры тканей, органов
человека ведет к их заболеванию. Поэтому ЭМП промышленной частоты в
условиях населенных мест подлежит нормированию с разработкой
гигиенических рекомендаций по защите населения от его влияния.
Основным нормативным показателем для ЭМП промышленной частоты
является электрическая напряженность, которая для пространства около
жилищных строений не должна превышать 1 кВ/м, а в домах – 0,5 кВ/м.
Измерения напряженности электрического поля в районах прохождения
высоковольтных линий электропередачи показали, что под линией она может
достичь десятков тысяч вольт на метр. Наибольшая напряженность поля
наблюдается в месте максимального провисания проводов и в зоне 5 м от
продольной оси трассы: для ЛЭП 330 кВ – 3,5–5,0 кВ/м, и для ЛЭП 750 кВ/м
– 10–15 кВ/м.
Деревья, высокие кустарники и строительные конструкции существенно
изменяют картину поля, создавая экранирующий эффект. Для снижения
воздействия ЭМП на человека необходимо снижать время пребывания около
источников и находиться на максимально возможном расстоянии от них.
Действие ЭМП радиочастот зависит от их частотной характеристики. С
повышением частоты, т. е. с уменьшением длины волны, биологическое
воздействие электромагнитного поля становится более выраженным. Кроме
18
того, степень воздействия на человека зависит также от напряженности
электрического и магнитного полей, интенсивности потока энергии,
локализации излучения и индивидуальных особенностей организма. В
частности, симптомы облучения наиболее резко проявляются в диапазоне
105–108 Гц, а особенно при частоте колебаний 108–10 11 Гц (диапазон ВЧ и
СВЧ волн). Под влиянием высокочастотных колебаний в крови, являющейся
электролитом, возникают ионные токи, вызывающие нагрев тканей тела
человека. При определенной интенсивности излучения, называемой
тепловым порогом, организм может не справиться с образующимся теплом.
Нагрев особенно опасен для органов со слаборазвитой сосудистой системой с
неинтенсивным кровообращением (глаза, мозг, желудок и др.). Кроме
теплового воздействия ЭМП оказывают неблагоприятное влияние на
нервную систему, вызывают нарушение функций сердечно-сосудистой
системы, обмена веществ. Наблюдаются также трофические расстройства:
похудение, выпадение волос, ломкость ногтей. Возможны незначительные и
нестойкие изменения в составе крови.
Основные источники высокочастотной энергии в среде обитания человека
- радио- и теплопередающие центры, радиолокаторы, ПЭВМ, видеодисплейные терминалы. Интенсивность полей многих источников зависит
прежде всего от мощности объекта, конструктивных особенностей и
установки
систем, рельефа
местности. Определение ожидаемой
напряженности ЭМП на различных расстояниях от источника излучения дает
возможность заранее решить вопрос о рациональном размещении опасного
объекта или вновь строящихся жилых массивов в районе действующих
объектов, а также предусмотреть защитные мероприятия от воздействия
ЭМП на население.
Контрольные вопросы к лекции 15
1. Радиационная безопасность и принципы радиационной защиты.
2. Источники радиоактивного загрязнения и их влияние на
окружающую среду.
3. Радон, его источники и влияние на человека.
4. Виды электромагнитных излучений и источники образования.
5. Влияние электромагнитных излучений на человека в зависимости от
вида.
19