Основные экологические нормативы

Тема 8. ИНЖЕНЕРНАЯ
ЗАЩИТА
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Основные направления
защиты окружающей среды
 внедрение ресурсосберегающих и
малоотходных технологий;
 биотехнология;
 утилизация отходов;
 экологизация производства.
Основные направления
защиты окружающей среды
Малоотходные технологии - это способ
производства, который обеспечивает
максимально полное использование
перерабатываемого сырья и образующихся
при этом отходов – таким образом, что
любые воздействия на окружающую среду
не нарушают ее нормального
функционирования
Основные направления
защиты окружающей среды
Биотехнологии - биотехнологические
процессы, основанные на создании
необходимых для человека продуктов,
явлений и эффектов с помощью
микроорганизмов.
 Очистка сточных вод,
 Утилизация ТБО,
 Восстановление загрязненных почв и др.
Основные направления
защиты окружающей среды
Утилизация отходов – инженерные решения,
направленные на повторное использование
или возвращение в оборот отходов
производства и потребления.
Экологизация производства – организация
производства, при котором обеспечивалось
бы включение всех видов взаимодействия с
окружающей средой в естественные циклы
круговорота веществ
Основные экологические
нормативы
 санитарно-гигиенические нормативы:
ПДК, ПДУ;
 производственно-хозяйственные: ПДВ, ПДС;
 комплексные показатели качества
окружающей природной среды: ПДН.
Качество окружающей природной среды – степень
соответствия ее характеристик потребностям
человека и технологическим требованиям,
оценивается с помощью экологических нормативов
Основные экологические
нормативы
ПДК – Предельно допустимая концентрация
ПДКм.р. – Максимально разовая ПДК
ПДКс.с. – Среднесуточная ПДК
ПДКр.з. – ПДК рабочей зоны
ПДУ – Предельно допустимый уровень
ПДВ, ПДС – Предельно допустимый выброс,
сброс
ПДН – Предельно допустимая нагрузка на
природную среду
Основные экологические
нормативы
Предельно допустимая концентрация
(ПДК) – количество загрязнителя в
почве, воздушной или водной среде,
которое при постоянном или
временном воздействии на человека
не влияет на его здоровье и не
вызывает неблагоприятных
последствий у его потомства.
Основные экологические
нормативы
ПДКм.р. – максимально разовая ПДК не
должна вызывать рефлекторных реакций
человека (насморк, ощущение запаха и т.д.)
в течение 30 мин.
ПДКс.с. – среднесуточная ПДК не должна
допускать токсичного, канцерогенного,
мутагенного воздействия косвенного
вредного воздействия при неопределенно
долгом (годы) вдыхании.
ПДКр.з. – норматив ПДК рабочей зоны
установлен для производственных
помещений
Безопасная концентрация в
окружающей среде
С ≤ ПДК – Сф
С – фактическая концентрация вредного
вещества, мг/ м3;
Сф – фоновая концентрация вредного
вещества.
С1/ПДК1 + С2/ПДК2 +… Сn/ПДКn ≤ 1
Основные экологические
нормативы
Предельно
допустимый
уровень
(ПДУ) физического воздействия
(радиационного воздействия, шума,
вибрации, магнитных полей и др.) –
это уровень, который не представляет
опасности для здоровья человека,
состояния животных, растений, их
генетического фонда.
Основные экологические
нормативы
Предельно допустимый выброс (ПДВ) или
сброс (ПДС) – это максимальное
количество загрязняющих веществ, которое
может быть выброшено данным конкретным
предприятием в атмосферу или сброшено в
водоем, не вызывая при этом превышения в
них ПДК загрязняющих веществ и
неблагоприятных экологических
последствий.
Основные экологические
нормативы
Предельно допустимая нагрузка на
природную среду (ПДН) – это
максимально возможные
антропогенные воздействия на
природные ресурсы или комплексы, не
приводящие к нарушению
устойчивости экологических систем.
Показатели устойчивости
экосистем к антропогенным
воздействиям
 запасы живого и мертвого органического
вещества;
 эффективность образования органического
вещества;
 видовое и структурное разнообразие.
Экологическая емкость территории –
потенциальная способность природной
среды перенести какую-либо антропогенную
нагрузку без нарушения основных функций
экосистем.
Инженерная защита
окружающей среды
 Защита атмосферы
 Защита гидросферы
 Защита литосферы
Тема 8.1.
Защита атмосферы
Защита атмосферы
Атмосфера – это газовая оболочка
Земли, состоящая из смеси различных
газов, водяных паров и пыли. Общая
масса атмосферы составляет
5,15·1015 т.
Состав атмосферы
Элемент
Азот (N2)
Кислород (O2)
Аргон (Ar)
Углекислый газ
(CO2)
Неон (Ne)
Гелий (He)
Метан (CH4)
Криптон (Kr)
Водород (H2)
Объемная
доля, %
Элемент
Объемная доля,
%
78,084
20,964
0,934
Водяной
пар (Н2О)
0,2 в полярных
широтах
2,6 у экватора
0,034
0,0018
0,000524
0,00016
0,000114
0,00005
Озон (O3)
0,001-0,0001 в
стратосфере
10-6 в тропосфере
Строение атмосферы
Экологические функции
атмосферы
 Терморегулирующая
Предохраняет Землю от резких колебаний
температуры, способствует перераспределению
тепла у поверхности, участвует в формировании
климата
 Жизнеобеспечивающая
Участвует в обмене и круговороте веществ в
биосфере благодаря наличию жизненно важных
элементов (О, С, N)
 Защитная
Защищает живые организмы от губительных УФ,
рентгеновских и космических лучей
Загрязнение атмосферы
Загрязнение атмосферного воздуха –
любое изменение его состава и
свойств, которое оказывает негативное
воздействие на здоровье человека и
животных, состояние растений и
экосистем.
Задымленность аэропорта Шереметьево (Москва, Россия) от дыма лесных пожаров в августе 2010 года.
Источники загрязнения
Естественные
источники
Антропогенные
источники
Пыльные бури
Вулканы
Пожары
Выветривание
Разложение
организмов
Промышленные
предприятия
Транспорт
Теплоэнергетика
Отопление жилищ
Сельское хозяйство
Классификация выбросов
вредных веществ в атмосферу
По агрегатному состоянию
Газообразные
Жидкие
Диоксид серы SO2
Кислоты
Диоксид углерода
СO2
Щелочи
Оксиды азота NOX
Углеводороды CXHX
Растворы солей
Твердые
Сажа
Пыль неорганическая
и органическая
Смолистые вещества
Свинец и его
соединения
Основные загрязнители
SO2
CO2
NOx
твердые частицы –
аэрозоли
более 70 вредных
веществ:
формальдегид,
фенол, бензол,
соединения свинца и
др. тяжелых
металлов, аммиак,
сероуглерод и др.
98 % от общего
объема выбросов
вредных веществ
2 % от общего
объема выбросов
вредных веществ
Экологические последствия
загрязнения атмосферы
 ухудшение здоровья
 выпадение кислотных дождей
 возможное потепление климата
(парниковый эффект)
 нарушение озонового слоя
Ухудшение здоровья
диоксид
серы
угарный
газ
Заболевания дыхательных путей
Общая слабость, головокружение,
тошнота, сонливость, потеря
сознания, возможен летальный исход
твердые
частицы
Проникают в лимфатическую систему,
задерживаются в легких, засоряют
слизистые оболочки
Выхлопные
От кашля до летального исхода
газы
Смог
Расстройства дыхания, кровообращения,
раздражение слизистой оболочки
желудочно-кишечного тракта, легких и
органов зрения.
Кислотные дожди
Чистая дождевая вода рН = 5,6
CO2 + H20 → H2CO3
Кислотные осадки рН = 3–5
4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3
SO3 + H2O → H2SO4
Максимально зарегистрированная
кислотность в Западной Европе рН = 2,3
Источники кослотных
дождей
NOx
SO2
Естественные
источники
(40 %)
Антропогенные
источники
(60 %)
вулканическая
деятельность,
деятельность
микроорганизмов
Антропогенные
источники
(63 %)
ТЭС, автотранспорт,
промышленность
Естественные
источники
(37 %)
почвенная эмиссия,
грозовые разряды,
горение биомассы
Основные реакции в
атмосфере
2SO2 + O2 → 2SO3
SO3 + H2O → H2SO4
2NO + O2 → 2NO2
4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3
СМОГ
Смог – локальное загрязнение, при котором
газообразные загрязнители не рассеиваются,
а под действием солнечного излучения
образуют NО2 - газ коричневого цвета, О2 и О3.
Эти продукты соединяются с аэрозолями и
пылью, вступают в реакции с другими
загрязнителями, и процесс идет непрерывно,
захватывая новые загрязнители.
Парниковый эффект
Парниковый эффект – увеличение
содержание парниковых газов в
атмосфере и как следствие нагрев
нижних слоев атмосферы и
поверхности Земли
Парниковые газы - пары воды, CO2,
CH4, хлорфторуглероды и др.
Механизм парникового
эффекта
Парниковые газы атмосферы пропускают внутрь большую часть
солнечного
коротковолнового
излучению,
но
препятствуют
длинноволновому излучению с поверхности Земли.
Причины потепления
климата
 Антропогенные (пары воды, CO2, CH4,
хлорфторуглероды и др.)
 Естественные (непостоянство
солнечной активности, изменение
магнитного и атмосферного
электрического поля Земли)
Последствия потепления
климата
 таяние льдов,
 подъем уровня воды в океанах,
 затопление обширных территорий
суши,
 исчезновение части животного и
растительного мира
Рамочная конвенция ООН об изменении климата (Рио-де Жанейро, 1992 г.)
Киотский протокол (Киото, Япония,1987 г. )
Нарушение озонового слоя
Функция озонового слоя - защита от жесткого
УФ-излучения (растения теряют
способность к фотосинтезу, у людей
наблюдается увеличение заболевания
раком кожи).
Озоновая дыра - пространство в озоновом
слое атмосферы с заметно пониженным
(до 50 %) содержанием озона.
Первая «озоновая дыра» была обнаружена
над Антарктидой в начале 80-х гг. ХХ века.
Монреальский протокол, 1987 г.
Причины образования
озоновых дыр
1. Антропогенные: хлорфторуглероды
(фреоны)
 CFCl3 + hν → CFCl2 + Cl,
 Cl + O3 → ClO + O2,
 ClO + O → Cl + O2.
2. Естественные причины: природные
источники галогенов – вылканы, океаны
Средства защиты
атмосферы
1. Экологизация технологических
процессов:
• создание замкнутых технологических
циклов, малоотходных технологий,
исключающих попадание в атмосферу
вредных веществ;
• уменьшение загрязнения от тепловых
установок;
• уменьшение загрязнения от
автотранспорта
Средства защиты
атмосферы
2. Очистка технологических газовых
выбросов от вредных примесей
3. Рассеивание газовых выбросов в
атмосфере
4. Использование зеленых насаждений
5. Устройство санитарно-защитных зон,
архитектурно-планировочные решения
Средства защиты
атмосферы
 Санитарно-защитная зона (СЗЗ) – это
полоса, отделяющая источники
промышленного загрязнения от жилых или
общественных зданий для защиты
населения от влияния вредных факторов
производства.
 Архитектурно-планировочные решения –
правильное взаимное размещение
источников выбросов и населенных мест с
учетом направления ветров, сооружение
автомобильных дорог в обход населенных
пунктов и др.
Оборудование для
очистки выбросов
 устройства для очистки газовых
выбросов от аэрозолей (пыли, золы,
сажи)
Циклоны, скрубберы, фильтры, электрофильтры
 устройства для очистки выбросов от
газо- и парообразных примесей (NO,
NO2, SO2, SO3 и др.)
Очистка от примесей путем каталитического
превращения, абсорбционный метод, адсорбционный
метод
Сухие пылеуловители
(циклоны)
Предназначены для
крупной пыли.
Принцип работы –
оседание частиц под
действием
центробежной силы.
Виды: одиночные,
групповые, батарейные
1 – корпус
2 – входной патрубок
3 – труба
4 – пылевой бункер
Мокрые пылеуловители
(скрубберы)
Предназначены для
мелкодисперсной пыли до
2 мкм.
Принцип работы – осаждение
частиц пыли на
поверхность капель под
воздействием сил инерции
и броуновского движения
1 – входной патрубок
2 – зеркало жидкости
3 – форсунки
Фильтры
Предназначены для мелкодисперсной пыли до 0,05 мкм
на поверхности пористых фильтрующих перегородок
Виды: тканевые (ткань, войлок, губчатая резина) и
зернистые
Электрофильтры
Предназначены для взвешенных частиц пыли до
0,01 мкм, масляного тумана.
Принцип работы основан на ионизации и
осаждении частиц в электрическом поле.
Очистка от примесей путем
каталитического превращения
Токсичные компоненты промышленных
выбросов превращаются в безвредные
или менее вредные вещества путем
введения в систему катализаторов (Pt,
Pd, Vd)
 Каталитическое дожигание СО до СО2
 Восстановление NOx до N2
Абсорбционный метод
Абсобрционный метод – поглощение
вредных газообразных веществ
жидким сорбентом.
Сорбенты: NH3, HF,HCI
Аппаратура аналогична брызгальным
скрубберам в которых в качестве
жидкости используется сорбент.
Адсорбционный метод
Адсобрционный метод – извлечение
вредных компонентов из
промышленных выбросов с помощью
адсорбентов (твердых тел с
ультрамикроскопической структурой).
Адсорбенты: активированный уголь,
цеолиты, AI2O3