Общая характеристика каталитических методов очистки

Билет

1.Метод адсорбцииоснован на физических свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой смеси. В пористых телах с капиллярной структурой поверхностное поглощение дополняется капиллярной конденсацией.

Адсорбция подразделяется на физическую адсорбцию и хемо-сорбцию. При физической адсорбции молекулы газа прилипают к поверхности твердого тела под действием межмолекулярных сил притяжения. Преимущество физической адсорбции – обратимость процесса. При уменьшении давления адсорбата в потоке газа либо при увеличении температуры поглощенный газ легко десорбируется без изменения химического состава. Обратимость данного процесса исключительно важна, если экономически выгодно рекуперировать адсорбируемый газ или адсорбент.

В основе хемосорбции лежит химическое взаимодействие между адсорбатом и адсорбируемым веществом. Действующие при этом силы сцепления значительно больше, чем при физической адсорбции соответственно и высвобождающаяся при хемосорбции теплота существенно больше. Процесс хемосорбции, как правило, необратим: при десорбции меняется химический состав адсорбата.

Конструктивно адсорберы (рис. 2) выполняются в виде вертикальных, горизонтальных либо кольцевых емкостей, заполненных пористым адсорбентом, через который фильтруется поток очищаемого газа. Выбор конструкции определяется скоростью газовой смеси, размером частиц адсорбента, требуемой степенью очистки и рядом других факторов. Вертикальные адсорберы, как правило, применяют при небольших объемах очищаемого газа; горизонтальные и кольцевые при высокой производительности, достигающей десятков и сотен тысяч м3/ч.

Рис. 2. Конструктивные схемы адсорберов: а – вертикальный; б – горизонтальный; в –кольцевой; 1–адсорбер; 2 – слой активированного угля; 3– центральная труба для подачи паровоздушной смеси при адсорбции; 4– барботер для подачи острого пара при десорбции; 5 – труба для выхода инертных по отношению к поглотителю газов при адсорбции, 6– труба для выхода пара при десорбции.

Адсорбенты:

В качестве адсорбентов или поглотителей применяют вещества, имеющие большую площадь поверхности на единицу массы.

Активные углиГазовые угли, Силикагели, алюмогели, Цеолиты. Основная стадия регенерации адсорбентов – десорбция (процесс, обратный адсорбции). После проведения десорбции следующими стадиями регенерации адсорбента являются сушка (если в качестве десорбирующего агента используется водяной насыщенный пар) и охлаждение адсорбента.

К числу основных методов проведения процесса десорбции, используемых при очистке вентиляционных выбросов можно отнести:

· термическую десорбцию за счет повышения температуры слоя адсорбента (при обычных температурах 110 – 130 °С и повышенных температурах (высокотемпературная десорбция) 300 – 400 °С);

· вытеснительную (так называемую холодную) десорбцию;

· десорбцию комбинированными способами.

2.Под загрязнением окружающей среды понимают любое внесение в ту или иную экологическую систему не свойственных ей живых или неживых компонентов, физических или структурных изменений, прерывающих или нарушающих процессы круговорота и обмена веществ, потоки энергии со снижением продуктивности или разрушением данной экосистемы.

Различают природные загрязнения, вызванные природными, нередко катастрофическими, причинами, например извержение вулкана, и антропогенные, возникающие в результате деятельности человека.

Антропогенные загрязнители делятся на материальные (пыль, газы, зола, шлаки и др.) и физические, или энергетические (тепловая энергия, электрические и электромагнитные поля, шум, вибрация и т. д.). Материальные загрязнители подразделяются на механические, химические и биологические. К механическим загрязнителям относятся пыль и аэрозоли атмосферного воздуха, твердые частицы в воде и почве. Химическими (ингредиентами) загрязнителями являются различные газообразные, жидкие и твердые химические соединения и элементы, попадающие в атмосферу, гидросферу и вступающие во взаимодействие с окружающей средой — кислоты, щелочи, диоксид серы, эмульсии и другие.

Биологические загрязнители — все виды организмов, появляющиеся при участии человека и наносящие ему вред — грибы, бактерии, сине-зеленые водоросли и т. д.

Последствия загрязнения окружающей среды представлены на рис. 13.23 и кратко сформулированы следующим образом.

1. Ухудшение качества окружающей среды.

2. Образование нежелательных потерь вещества, энергии, труда и средств при добыче и заготовке человеком сырья и материалов, которые превращаются в безвозвратные отходы, рассеиваемые в биосфере.

3. Необратимое разрушение не только отдельных экологических систем, но и биосферы в целом, в том числе воздействие на глобальные физико-химические параметры окружающей среды.

4. Потери плодородных земель, снижение продуктивности экологических систем и в целом биосферы.

5. Прямое или косвенное ухудшение физического и морального состояния человека — главной производительной силы общества.

При абстрактном подходе все проблемы окружающей среды можно свести к человеку, сказать, что любое отрицательное воздействие на окружающую среду исходит от человека — субъекта хозяйственной деятельности, производителя, потребителя, носителя технического прогресса да и просто жителя планеты. В этой связи необходимо проанализировать некоторые аспекты деятельности человека, которые оказывают особо вредное воздействие на среду, и среди них производство, транспорт, потребление, использование современной техники, урбанизация и т. д. как основные источники загрязнения и ухудшения окружающей среды. Такой подход дает возможность выделить те сферы деятельности человека, которые наносят вред или создают угрозу среде, наметить пути их исправления или предотвращения.

До последнего времени считалось бесспорным, что серьезные нарушения окружающей среды человек совершает в сфере производственной деятельности. Заводские и фабричные трубы являлись основным источником загрязнения воздуха, стоки промышленных предприятий — рек и прибрежных морских вод. В конце XX в., когда транспорт и непроизводственная деятельность потеснили промышленность в шкале загрязнителей, промышленное и сельскохозяйственное производство остаются одними из главных источников ухудшения окружающей среды. Рассмотрим несколько подробнее основные источники загрязнения окружающей среды.

Производство энергии. Основой развития любого региона или отрасли экономики является энергетика. Темпы роста производства, его технический уровень, производительность труда, а в конечном итоге уровень жизни людей в значительной степени определяются развитием энергетики. Основным источником энергии в России и многих других странах мира является в настоящее время и будет, вероятно, оставаться в обозримом будущем тепловая энергия, получаемая от сгорания угля, нефти, газа, торфа, горючих сланцев. Так, в 1993 г. в России было выработано 956,6 млрд кВт/ч электроэнергии, в том числе тепловыми электростанциями 662 млрд кВт/ч, гидроэлектростанциями — 175 млрд кВт/ч, атомными электростанциями — 1 19 млрд кВт/ч.

Основными источниками загрязнения окружающей среды в энергетике являются тепловые электростанции. Наиболее характерно химическое и тепловое загрязнение. Если обычно сгорание топлива бывает неполным, то при сжигании твердого топлива в котлах на ТЭС или ТЭЦ образуется большое количество золы, диоксида серы, канцерогенов. Они загрязняют окружающую среду и оказывают влияние на все компоненты природы.

Кислотные дожди, в свою очередь, закисляют почву, снижая тем самым эффективность применения удобрений, изменяют кислотность вод, что сказывается на видовом многообразии водного сообщества. Существенно влияет SO, и на наземную растительность.

В целом же на энергетику по объему выброса в атмосферу приходится 26,6% общего количества выбросов всей промышленности России. В 1993 г. объем выброса вредных веществ в атмосферный воздух равнялся 5,9 млн т, из них пыль — 31 %, диоксид серы — 42%, окислы азота — 23,5%.

К другому источнику загрязнения окружающей среды в энергетике относится сброс загрязненных сточных вод в водоемы. В середине 90-х гг. XX в. в России из 1,5 млрд. м3 сточных вод, требующих очистки, нормативно-очищенными сбрасывалось около 12%.

Источником загрязнения подземных вод являются многочисленные золошлакоотвалы. Сильно загрязнены подземные воды в районе Курска (ТЭЦ-1), Нижнего Новгорода (Сормовская ТЭЦ), Конаково (Конаковская ГРЭС).

К городам с наибольшим уровнем загрязнения атмосферы, где определяющим является влияние предприятий энергетики, относится Иркутск, Ростов-на-Дону, Саратов, Улан-Удэ, Хабаровск, Чита, Южно-Сахалинск.

Металлургическая промышленность. Черная и цветная металлургия относится к самым загрязняющим природную среду отраслям. На долю металлургии приходится около 40% общероссийских валовых выбросов вредных веществ, из них по газообразным веществам — около 34%. по твердым — около 26%.

В среднем на 1 млн т годовой производительности заводов черной металлургии выделение пыли составляет 350 т/сут, сернистого ангидрида—200, оксида углерода—400, оксидов азота—42 т/сут.

Черная металлургия является одним из крупных потребителей воды. Водопотребление ее составляет 12—15% общего потребления воды промышленными предприятиями страны. Около 60—70% сточных вод, образующихся в технологическом процессе, относятся к «условно чистым» стокам (имеют только повышенную температуру). Остальные сточные воды (30—40%) загрязнены различными примесями и вредными соединениями.

Концентрация вредных веществ в атмосфере и водной среде крупных металлургических центров значительно превышает нормы. Неблагоприятная экологическая обстановка наблюдается в таких металлургических городах России, как Липецк, Магнитогорск, Нижний Тагил, Новокузнецк, Челябинск, Череповец и др. Так, в 1993 г. выбросы вредных веществ в атмосферный воздух Череповецким металлургическим комбинатом составили 414,6 тыс. т (12,8% общего выбросапоотрасли). Магнитогорским — 388 тыс. т, Новолипецким — 365 тыс. т, Качканарским горнообогатительным комбинатом — 235,9 тыс. т. Выбросы вредных веществ (сероводород, сероуглерод, втористые соединения, бенз(а)пирен, аммиак, фенол, углеводород) из-за большой токсичности стали причиной превышения допустимых санитарно-гигиенических норм. В среднем за год концентрации сероуглерода составляли: в Магнитогорске — 5 ПДК, в Кемерово — 3 ПДК, бенз(а)пирена — в Новокузнецке и Череповце —13 ПДК, Магнитогорске —10 ПДК, Новотроицке — 7 ПДК, Нижнем Тагиле — 5 ПДК.

Одним из лидеров загрязнения окружающей среды продолжает оставаться цветная металлургия. В 1993 г. выбросы предприятия цветной металлургии составили 10,6% валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу всей промышленности России.

Загрязнение атмосферы предприятиями цветной металлургии характеризуется в первую очередь выбросами сернистого ангидрида (75% суммарного выброса в атмосферу), оксида углерода (10,5%) и пыли (10,4%).

На воздушный бассейн основную нагрузку по объему выбросов вредных веществ оказывают: комбинат «Южуралникель» (Орск) — 200,3 тыс. т, Среднеуральский медеплавильный завод (Ревда) — 101 тыс. т, Ачинский глиноземный комбинат (Ачинск) — 85,9 тыс. т, Красноярский алюминиевый завод — 77,8 тыс. т, Медногорский медносерный комбинат 65,9 тыс. т.

На предприятиях цветной металлургии значительны объемы сточных вод. В 1993 г. сброс загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты достигал 537,6 млн м3, в том числе на предприятиях концерна «Норильский никель» —132 млн м3.

Сточные воды предприятий цветной металлургии загрязнены минеральными веществами, фторореагентами, большей частью токсичные (содержат цианиды, ксаногенты, нефтепродукты и т. д.), солями тяжелых металлов (меди, никеля, свинца, цинка и др.), мышьяком, сульфатами, хлоридами, сурьмой, фтором и другими.

Мощными источниками загрязнения почвенных покровов как по интенсивности, так и по разнообразию загрязняющих веществ являются крупные предприятия цветной металлургии. В городах, где размещены предприятия цветной металлургии, обнаруживаются в почвенном покрове тяжелые металлы нередко в количестве, превышающем ПДК в 2—5 раз и более. Первое место по суммарному индексу загрязнения почвенного покрова занимает Рудная Пристань (Приморский край), где расположен свинцовый завод. В радиусе 5 км вокруг Рудной Пристани наблюдается загрязнение почв:

свинцом — 300 ПДК, марганцем — 2 ПДК и другие. К опасной категории загрязнения почв относятся города: Белове (Кемеровская область), в которых содержание свинца в почвенном покрове достигает 50 ПДК; Ревда (Свердловская область) — содержание ртути — до 7 ПДК, свинца — до 5 ПДК.

3. Рекультивация породных отвалов закрывающихся шахт Львовско-Волынского уголного бассейна.

Известно, что породные отвалы шахт оказывают негативное влияние на окружающую природную среду, основными факторами которого являются: нарушения ландшафта земной поверхности и равновесного инженерно-геологического состояния горных пород; изменения гидрогеологического режима прилегающих территорий; химическая и радиологическая токсикации грунтов и вод; пылегазовое загрязнение атмосферы. Вредные компоненты породы, выдуваемые ветрами и вымываемые из отвалов дождевыми потоками и талыми водами, переносятся фунтовыми и подземными водами в окрестные грунты и поверхностные водоемы. Эти загрязнения оказывают экологически опасное воздействие на флору и фауну региона.

Породы разрушаются ветрами и осадками, что представляет экологическую опасность окружающей среде.

Необходимость формирования единого плоского отвала шахты определяет конкретный набор и последовательность технологических операций технического этапа рекультивации в соответствии с нормативными документами [1,2]. Выполнению подлежат следующие технологические операции: понижение высоты конусных и хребтовых отвалов шахты до уровня плоских и переформирование их в единый плоский платообразный отвал в пределах границ земельного отвода; планировка горизонтальной вершинной поверхности единого отвала; нанесение, планировка и уплотнение экранирующего слоя; послойное нанесение и планировка почвенного слоя; устройство оградительного водозадерживающего вала по периметру горизонтальной вершинной поверхности отвала; устройство водосточных канав и гасителей скорости потока. В зависимости от конкретной ситуации перечень технологических операций может быть изменен или дополнен на этапе биологической рекультивации отвалов закрываемых шахт. Эти работы включают следующие технологические операции:

- подготовительная обработка почвенного слоя, отсыпанного и спланированного на рекултивируемых отвалах

- в ходе выполнения этапа рекультивации; культивация почвенного слоя (4-кратная);

- безотвальная вспашка почвенного слоя или рыхление борозд:

- лесопосадочные работы и посев многолетних трав, уход за лесонасаждениями;

- дополнение лесонасаждений в случае гибели части растений.

Подготовительная обработка почвенного слоя производится (желательно весной) в целях улучшения его физико-химических свойств и подготовки к лесопосадке. При этом плугами проводят сплошную вспашку по системе раннего пара, т. е. вспахивают на глубину 20—30 см, не допуская выворачивания на поверхность отвальных пород. Культивация осуществляется культиваторами 4 раза (желательно летом) для предотвращения развития сорной растительности. Безотвальная вспашка почвенного слоя или глубокое рыхление борозд выполняется (желательно осенью) рыхлителем с шириной междурядий 1,5—3 м. На задернелых откосах с крутизной до 1 У почвы следует обрабатывать полосами шириной 2 м, идущими по горизонтали. Между ними оставляют необработанные пространства.

Лесопосадочные работы лучше начинать весной до вегетации растений. При создании лесных насаждений на рекультивируемых шахтных отвалах соблюдаются лесохозяйственные нормы:

- размер междурядий — Зм (для механизированной посадки и ухода за молодыми культурами);

- расстояние в ряду между годичными сеянцами — 0,75 м, а при использовании крупномерных саженцев 2—4-летнего возраста — 1,5 м;

- при посадке вручную на крутых склонах следует высаживать лесные культуры по схеме 1 х 1 м (в жестких условиях) или 1,5 х 1,5 м (в оптимальных условиях). Оптимальный возраст посадочного материала не должен превышать одного-двух лет.

Для посадок на рекультивируемых породных отвалах шахт применяются перспективные древесные и кустарниковые культуры: акация белая и желтая, береза бородавчатая, сосна обыкновенная и крымская, лох узколистый, вяз перистоветвистый, тополя, облепиха крушниновая, осина, ива белая, можжевельник и др. Ивы, тополя, облепиху крушиновую, березу бородавчатую целесообразно размещать на увлажненных участках (нижняя часть склонов, берега водоемов и др.

Уход за лесными культурами, который заключается в периодическом рыхлении почв, уничтожении сорняков, а также в обрезке и формировании кроны, проводят в первые годы их жизни до смыкания крон растений (4—8 лет). Поскольку часть растений не приживается (отпад), производится дополнительная посадка. При отпаде сеянцев до 20% и при равномерном его распределении по площади лесной культуры подсадка не нужна.

Рекультивация породных отвалов закрываемых шахт с озеленением лесонасаждениями и посевом многолетних трав во Львовско-Волынском бассейне позволит:

- остановить процесс дальнейшего загрязнения окружающей природной среды токсичными компонентами отвальных пород;

- облагородить н упорядочить, ландшафт нарушенных земель в результате рационального размещения пород и значительного уменьшения высоты отвалов:

- повысить биологическую продуктивность нарушенных земель и окружающих, увеличив площади зеленых насаждении на рекултивируемых землях и уменьшить загрязнения окружающей среды.

Билет

1.Природные катастрофы – это неожиданные нарушения природных процессов, которые характеризуются страшными последствиями для человека. Данные изучения природных процессов показывают, что геофизический процесс не исключает особого рода отклонения. Результатом неожиданности возникновения природных катастроф - это недостаток информации и плохая изученность природных явлений.

Поражающие факторы являются следствием экстремальной геофизической ситуация. Они выражены быстрым движением частиц воды, воздуха, грунта.

Когда поражающие факторы начинают действовать на человека и материальные ценности, возникает неблагоприятное социально-экономическое бедствие.

Природные катастрофы происходят в разных точках мира, их последствия наиболее заметны и трудно устранимы в странах с низким социально-экономическим уровнем. Процесс восстановления этих регионов идет очень медленно.

Несмотря на различия, природные катастрофы подчиняются общим закономерностям. Для каждого вида катастроф характерна пространственная приуроченность. Геофизические причины определяют их преимущественное появление в тех или иных точках Земли. Землетрясения, оползни, лавины, вулканические извержения возникают в районах с активной тектоникой. Открытые для волн береговые линии океана являются районами возникновения цунами. Наводнения, связанные с таянием льда, а также катастрофические ливни, приводящие к половодью, возникают в районах с плохо зарегулированными равнинными и горными реками.

Природные катастрофы характеризуются значительной мощность и поражающей способностью. Стихийное бедствие, совершая свое разрушительное действие, затрачивает энергию. В транзитивных и деструктивных катастрофах осуществляется переход с высокого уровня на низкий. Выделяющийся избыток энергии превращается в тепло и затрачивается на создание поражающих факторов: землетрясения, пожары.

Источником энергии структурирующих катастроф служит тепловая энергия. Из законов физики известно, что без заметных потерь, тепло нельзя превратить обратно в электромагнитную или механическую энергию. Для этого процесса необходимо устройство, называемое «тепловой машиной». Интересно то, что природные катастрофы сами создаются такие устройства, за счет самоорганизации среды. Например, тайфуны способны забирать тепловую энергию океана и превращать ее в механическую энергию. Смерч, как теплоэлектростатический генератор, стабилизирует процесс формирования вихря за счет возникших электрических зарядов. Образование струйного течения в атмосфере или вал цунами, происходит более простым способом, но и тут необходима энергия, которая расходуется внутри природного явления на формирование структуры, а затем выделяется в ходе работы этой структуры. По статистике Международного комитета Красного Креста в двадцатом столетии от естественных природных катастроф погибло свыше одиннадцати миллионов человек.

Антропогенные катастрофы, то есть катастрофы, вызванные деятельностью человека, известны с давних времен. Они стали возникать, как только цивилизаторская активность древнего человечества достигла таких масштабов, которые начали нарушать естественное природное равновесие.

Первые кризисы были исключительно экологического характера: истощение пастбищных, охотничьих, посевных земель, вызванное, как правило, их чрезмерной эксплуатацией, заставляло племена и народы покидать обжитые места и мигрировать за сотни и тысячи километров от прежней территории обитания. Менялась геополитическая карта тогдашнего мира.

Виды техногенных катастроф

По субъективному отношению:

вызванные халатностью обслуживающего персонала;

вызванные внешними факторами (кораблекрушение);

вызванные непредвиденными и нежелательными последствиями штатного функционирования технологических систем.

По объекту:

«индустриальные» (взрывы и утечки токсичных веществ на заводах химической или пищевой промышленности, прорыв трубопроводах или аварии на АЭС),

«транспортные» (Авиакатастрофа, крушение поезда, кораблекрушение, ДТП и пр.)

По месту возникновения

аварии на АЭС с разрушением производственных сооружений и радиоактивным заражением территории (авария на Чернобоьской АЭС, авария на АЭС в Фукусиме (Япония));

аварии на ядерных установках инженерно-исследовательских центров с радиоактивным загрязнением территории;

аварии на химически опасных объектах с выбросом (выливом, утечкой) в ОС СДЯВ,

аварии в научно-исследовательских учреждениях (на производственных предприятиях) осуществляющих разработку, изготовление, переработку, хранение и транспортировку бактериальных средств и препаратов или иных биологических веществ с выбросом в ОС;

авиационные катастрофы, повлекшие за собой значительное количество человеческих жертв и требующие проведения поисково-спасательных работ;

столкновение или сход с рельсов железнодорожных составов (поездов в метрополитенах), повлекшие за собой групповое поражение людей, значительное разрушение железнодорожных путей или разрушение сооружений в населенных пунктах.

аварии на водных коммуникациях, вызвавшие значительное число человеческих жертв, загрязнение ядовитыми веществами акваторий портов, прибрежных территорий, внутренних водоемов;

аварии на трубопроводах, вызвавшие массовый выброс транспортируемых веществ и загрязнение ОС в непосредственной близости от населенных пунктов;

аварии в энергосистемах;

аварии на очистных сооружениях;

гидродинамические аварии;

прорыв плотин, дамб; (Авария на Саяно-Шушенской ГЭС)

пожары, возникающие в результате взрывов на пожароопасных объектах.

Чернобыльская зона. Вокруг Чернобыльской АЭС в радиусе 30 км создано зону отчуждения, Которую называют Чернобыльской зоной. С нее было отселено тысячи человек из 186-ти населенных пунктов Украины и Беларуси. Большая часть зоны находится в Украине. Там обезлюдели 75 поселений, а переселенцами стали 90 тыс. жителей. В зоне остались их дома, могилы родственников, памятники истории, культуры. Безлюдным городом-призраком стала Припять - Город работников электростанции. В зоне содержатся сотни захоронений радиоактивных отходов. Технологий с их дезактивации пока нет. И только в самом Чернобыле ограниченное время работают люди. Они следят за состоянием укрытия и АЭС (в 2000 г. электростанцию окончательно закрыли) и обслуживают Чернобыльскую зону. В окрестностях зоны проживает более сотни людей преимущественно старшего возраста, которые, несмотря на запреты и опасность для своего здоровья, вернулись в свои дома.

Вследствие выбросов в атмосферу большого количества радиоактивных веществ произошло устойчивое и долговременное загрязнения территории цезием, стронцием и плутонием. Эти вещества излучают радиоактивные лучи и их называют радионуклидами. Они обладают способностью накапливаться в организмах, воде, почве, воздухе и длительное время влиять на состояние окружающей среды, жизни людей и животных (период полураспада цезия-137 составляет 24 тыс. лет!) Поэтому в зоне значительного радиоактивного загрязнения запрещено выращивать сельскохозяйственные культуры, собирать ягоды, грибы, охотиться на дичь, ловить рыбу, пить воду, курить дерева или листья. Исследования показали, что основная количество радионуклидов в лесу находится в верхнем 10-сантиметровом слое почвы, в хвое их значительно больше, чем в листьях деревьев. Большое количество загрязняющих веществ аккумулировали в себе донные отложения Киевского водохранилища.

Время, отсутствие людей и их хозяйственной деятельности стали чрезвычайно благоприятными условиями для воспроизведения животного мира в Чернобыльской зоне. Значительно возросла популяция кабанов, косуль, благородных оленей, волков, лисиц, барсуков, енотовидных собак, хорьков, вновь появились когда почти исчезнувшие лоси, бобры, европейская рысь, видели даже следы бурого медведя. Популяции многих видов животных в зоне являются крупнейшими в Украина. К сожалению, все животные, как и растения, зараженные радиоактивными веществами.

3.Структура загрязнения стахановского региона
в стахановском регионе размещено много предприятий загрязняющих окружающую среду. Поэтому структура загрязнения очень велика, так как предприятия разбросаны по всем уголкам города, но если учитывать потоки ветра, то загрязнения преобладают на южном районе города.

Билет

1. Ресурсы мирового океана

Основными ресурсами Мирового океана считаются биологические, минеральные и энергетические. Их изучением занимались крупнейшие отечественные исследователи, такие как: Ю.М.Шокальский. В.Ю. Визе, Н.Н. Зубов, П.П.Ширшов, К.К.Марков и др. Они показали, что Мировой океан имеет огромный потенциал как кладовая природных ресурсов.

Энергетические ресурсы

Энергетические ресурсы Мирового океана заключены в его водах (приливная энергия, суммарная мощность которой оценивается от 1 до 6 млрд. кВт ч), в их движении (энергия волн) и температурном режиме. В нашей стране особенно велики потенциальные запасы приливной энергии на побережьях Белого, Баренцева и Охотского морей. Их суммарная энергия оценивается в 200-300 млрд. кВт ч, что превышает энергию, вырабатываемую сегодня гидроэлектростанциями страны. Воды Мирового океана обладают огромными запасами дейтерия — топлива для будущих термоядерных электростанции.

Рациональное использование

Биологические и минеральные ресурсы исчер-паемы. Бесконтрольное их использование поставило под угрозу существование морских млекопитающих, привело к сильному сокращению количества рыб.

Происходит быстрое загрязнение океанических вод. Офомное количество «грязи» выносится в океан с суши реками и сточными водами. Более 30% поверхности океана покрыто нефтяной пленкой, губительной для планктона. Уничтожение планктона, то есть пассивно плавающих в воде простейших организмов и рачков, привело к сокращению кормовой базы для нектона и снизило его количество, а, следовательно, и сократило добычу рыбы. В Мировой океан попадают радиоактивные отходы, которые также загрязняют его воды.

Энергетические ресурсы земли сегодня делятся примерно так: 60 процентов занимают угольные месторождения, немногим менее 30 процентов – природный газ и нефть. Но если посмотреть картину мировой добычи, то центральное место – более 70 процентов – занимает именно нефть. Поэтому, как говорят ученые, очень скоро, возможно в ближайшие тысячелетия, запасы нефти будут истощены полностью. Поэтому, возможно, очень скоро человечеству придется осваивать еще один энергетический ресурс земли, точнее Солнца – солнечную энергию и иные альтернативные источники: водородные двигатели и т.п.

Энергетические ресурсы делятся на возобновимые и невозобновимые.

К невозобновимым относятся уголь, нефть, газ, торф, ядерное топливо, легкие элементы, которые могут быть использованы в термоядерном синтезе: водород, гелий, литий, дейтерий.

К возобновимым энергетическим ресурсам относятся энергия прямых солнечных лучей, энергия фотосинтеза, мускульная энергия, гидроэнергия, ветровая энергия, геотермальная энергия, энергия приливов и отливов, энергия волн, энергия процессов выпадения осадков и их испарения. Основным направлением энергетики должна быть замена невозобновимых ресурсов на возобновимые, однако, в настоящее время, больше всего энергии (60%) производится на тепловых электростанциях, причём, большая часть тепловых электростанций работает на наиболее экологически опасном топливе – угле.

Достоинства тепловых электростанций:

Недостатки тепловых электростанций:

Вторыми по уровню производства энергии идут гидроэлектростанции (чуть меньше 20% производимой энергии). Доля гидроэнергетики в общем производстве падает, хотя в настоящее время это наиболее дешевая энергия.

Достоинства гидроэлектростанций:

Недостатки гидроэлектростанций:

На третьем месте по производству энергии идут атомные электростанции (более 15% всей энергии). Доля атомной энергетики в настоящее время растёт, хотя существенно медленнее, чем 15-20 лет назад.

Достоинства атомных электростанций:

Очень высокая энергоёмкость топлива

Возможность строительства вблизи потребителя энергии

Недостатки атомных электростанций:

Необходимость утилизации или захоронения отработанного ядерного топлива

Экологические последствия аварий на атомных электростанциях непоправимы

Срок службы атомных реакторов составляет 25-40 лет, после чего их также надо останавливать и утилизировать

Общие инженерные принципы природопользования.

I принцип:

Системный подход к проблемам природопользования и окружающей среды.

Природа, как объект деятельности человека, представляет собой чрезвычайно сложную систему. В общем случае, под системой понимается множество элементов, находящихся во взаимосвязи друг с другом в совокупности образующих определённую целостность, единство. Любая система связана с окружающей средой, любую систему можно представить как элемент системы более высокого уровня или как совокупность систем более низкого уровня.

Биологическая система – это выполняющая некоторую функцию структура, которая взаимодействует с окружающей средой и другими системами как единое целое, состоит из подсистем более низкого уровня, непрерывно приспособительно перестраивает свою деятельность по каналам обратной связи и проявляет свойство самоорганизации.

Системный подход предусматривает комплексную оценку воздействия промышленно-технической деятельности общества на природу с обязательным прогнозированием реакции природы на это воздействие.

II принцип:

Принцип оптимизации биосферы.

При оптимизации биосферы главным вопросом является выявление комплексных критериев оптимизации. В общем случае, оптимизация как функция управления должна стремиться к тому, чтобы научно-техническое развитие не вывело биосферу за рамки экологической ниши человека.

III принцип:

Оптимизация природопользования.

Оптимизация природопользования – это принятие наиболее целесообразных решений при использовании ресурсов и природных систем.

IV принцип:

Темпы роста производства должны быть выше, чем темпы роста добычи сырья.

V принцип:

Гармонизация отношений природы и техники.

Эта проблема решается путём создания так называемых геотехнических или природно-технических систем.

2. В процессах пылеулавливания существенное значение имеют размеры частиц пыли, их плотность, заряд, удельное сопротивление, адгезионные свойства, смачиваемость и т. п.

По размеру твердых частиц выделяют следующие виды пыли:

- более 10 мкм;

- 0,25–10 мкм;

- 0,01–0,25 мкм;

- менее 0,01 мкм.

Эффективность пылеулавливания мелких частиц меньше – 50–80%, крупных больше – 90–99,9%.

Различают два типа пылеуловителей: сухие и мокрые. Сухим путем пыль улавливают пылеосадительные камеры, циклоны, вихревые циклоны, электрофильтры и др. Для очистки от пыли мокрым способом применяют пенные аппараты, скрубберы Вентури и др.

Сухие пылеуловители, пылеосадительные камеры. Это наиболее простейшие аппараты, использующие для осаждения пыли поле гравитации, а при установке перегородок – инерционное поле. Эффективность улавливания пыли размером более 25 мкм – 50–80%. Для очистки горячих дымовых газов от пыли с размером более 20 мкм при температуре 450–600°С используются жалюзные пылеотделители. В них отделение пыли от основного потока газа происходит за счет инерционных сил, возникающих при резком повороте очищаемого газового потока, когда он проходит через жалюзи решетки. Эффективность очистки достигает 80%.

Циклоны – основной вид аппаратов для улавливания пыли, которые для ее осаждения используют центробежное поле. В циклон газовый поток вводится через патрубок – 1 по касательной к внутренней поверхности корпуса циклона – 2 (рис. 14). Поток совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру – 4. Частицы пыли под действием центробежной силы обра-зуют на стенке циклона пылевой слой, который осыпается и попадает в бункер. Газовый поток, освободившись от пыли, образует вихрь и через трубу – 3 покидает циклон. Бункер при его накоплении периодически разгружается от пыли.

Избыточное давление газов, поступающих в циклон, не должно превышать 2500 Па, температура – не выше 400°С. Допустимая входная концентрация слабо слипающейся пыли – около 1000 г/м3, среднеслипающейся – до 250 г/м3. Эффективность очистки газов от пыли более 5 мкм в цилиндрических циклонах 80–90%. Обычно их используют для предварительной очистки газов перед электрофильтрами и фильтрами. При очистке больших объемов газов применяют батареи, состоящие из необходимого числа параллельно установленных циклонов.

Ротационные пылеуловители – аппараты центробежного действия типа вентиляторов особой конструкции. Их используют для очистки газов от пыли с размером частиц более 5 мкм. Они обладают большой компактностью. Более перспективной модификацией являются противопроточные ротационные пылеотделители. Их размеры в 3–4 раза меньше, чем у циклонов, а энергозатраты меньше на 20–40%. Однако сложность конструкции и процесса эксплуатации затрудняет их широкое распространение.

Вихревые пылеуловители. Это тоже аппараты центробежного действия, которые в качестве завихрителя газовых потоков используют наклонные сопла или лопатки. Они способны очищать большие объемы газов от тонких фракций пыли, меньше 3–5 мкм. Эффективность очистки достигает 99%. Она мало зависит от содержания пыли в пределах до 300 г/м3.

Электрофильтры. Они представляют собой устройства с набором трубчатых осадительных, положительно заряженных электродов (анодов), внутри которых по их осевому центру распо-ложены тонкие стержни (струны) коронирующих, отрицательно заряженных электродов (катодов). Между этими электродами, представляющими цилиндрический электрический конденсатор, источником постоянного тока создается электрическое поле высокой на-пряженности, до 50–300 кВ/м. В этом сильном электрическом поле при столкновении заряженных частиц с молекулами происходит ударная ионизация газа. Однако до пробоя газа напряженность поля не повышают, т.е. создают условия для коронного разряда в газе. Аэрозольные частицы, поступающие в зону между катодом и анодом, адсорбируют образующие ионы, приобретают электрический заряд и движутся к электроду с противоположным зарядом. Так как площадь стержня (катода) значительно меньше площади трубки, плотность тока у катода будет значительно больше, чем у анода. Коронный разряд преимущественно локализуется у катода. Это приводит к значительно большему разряду катионов и образованию отрицательно заряженных аэрозольных частиц. Поэтому примеси в основном движутся к аноду и осаждаются на нем. Отсюда понятны названия: коронирующий и осадительный электроды.

При пропускании газа и примесей через электрофильтр скорость их потока обычно задают в пределах от 0,5 до 2 м/с. Скорость движения заряженных частиц к электродам зависит от их размера, заряда и напряженности электрического поля. При напряженности поля 150 кВ/м она составляет от 0,01 до 0,1 м/с для частиц с диаметром соответственно от 1 до 30 мкм. На электродах хорошо оса-ждаются и затем легко удаляются встряхиванием пыли с удельным сопротивлением от 104 до 1010 Ом·см. При меньших его значениях частицы пыли легко разряжаются на электроде, перезаряжаются и возвращаются обратно в газовый поток. Пыли с удельным сопротивлением более 1010 Ом·см медленно разряжаются на электродах, препятствуют осаждению новых частиц и улавливаются труднее всего. В этом случае используют увлажнение газа.

Электрофильтры используются для тонкой очистки газов от пыли и тумана. Сухие электрофильтры имеют производительность от 30 до 1000 м3/ч. Они способны очищать газы с эффективностью до 99,9% при содержании пыли до 60 г/м3 и температуре газа до 250°С.

Фильтры. Их конструкции различны. Однако у всех фильтров основным элементом является пористая перегородка – фильтроэлемент. По виду материала перегородки различают: зернистые, гибкие, полужесткие, жесткие фильтры.

Зернистые фильтры из гравия, кокса, песка используют для очистки газов от крупных фракций пыли, создаваемых дробилками, грохотами, мельницами и др. Эффективность очистки – до 99,9%.

Гибкие пористые фильтроэлементы – это ткани, войлоки, губчатая резина, пенополиуретан. Ткани и войлоки чаще всего из-готавливают из синтетических волокон, стеклянных нитей, получая такие ткани, как нитрон, лавсан, хлорин, стеклоткань. Их широко используют для тонкой очистки газов с исходным содержанием пыли 20–50 г/м3. Эффективность очистки – 97–99%.

Жесткие фильтроэлементы изготавливают из пористой керамики и пористых металлов. Они незаменимы при очистке от примесей горячих и, агрессивных газов.

Полужесткие фильтры типа вязаных металлических сеток, прессованных спиралей и стружек из нержавеющей стали, латуни, никеля применяют для очистки горячих газов с температурой до 500°С от пыли с размером частиц более 15 мкм и начальной концентрацией до 50 г/м3.

Процесс фильтрования заключается в осаждении дисперсных частиц на поверхности пор фильтроэлемента. Осаждение происходит в результате эффекта касания, диффузионного, инерционного, гравитационного процесса, кулоновского взаимодействия заряженных частиц. Последнее характерно для нашедших в настоящее время широкое применение фильтров Петрянова из перхлорвиниловых волокон (ФПП). Такие ультратонкие волокна несут на своей поверхности заряды, что позволяет в начальной стадии фильтрования достигать очень высокой эффективности очистки газов от аэрозолей, до 99,99% при скорости фильтрации 0,01 м/с и диаметре частиц 0,34 мкм. Эти фильтры используют для очистки воздуха от радиоактивных аэрозолей. После нейтрализации заряда эффективность очистки снижается до 90%.

Если размер частиц больше размера пор, то наблюдается ситовой эффект с образованием слоя осадка. Этот эффект, а также постепенное закупоривание пор оседающими частицами увеличивают сопротивление фильтроэлемента и эффективность очистки, но снижает ее производительность. Поэтому фильтроэлементы периодически регенерируют.

Конструкции фильтров: рукавные, рулонные, рамочные.

Рукавные фильтры наиболее широко применяются для сухой очистки газовых выбросов. В цилиндрическом корпусе с конусным дном рукава из ткани или войлока крепятся к отверстиям нижней перегородки и к заглушкам верхней перегородки. Запыленный газ, подаваемый снизу через отверстия нижней перегородки, поступает в рукава, фильтруется и через межрукавное пространство и отвер-стия верхней перегородки выводится из аппарата. Регенерацию фильтра производят после его отключения от системы очистки путем встряхивания рукавов специальным устройством (пыль собирается в конусном дне) и обратной продувкой их сжатым газом. Допустимая концентрация пыли на входе в рукавный фильтр 20 г/м3, наибольшая температура газов – 130°С для рукавов из лавсана и 230°С – для стеклоткани, производительность – до 50 м3/ч, эф-фективность очистки – около 98%.

Мокрые пылеуловители. Аппараты мокрой очистки газов характеризуются высокой эффективностью тонкой очистки мелких пылей (0,3–1 мкм), а также возможностью очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов. Они работают, используя осаждение частиц пыли на поверхности капель или пленки жидкости. При этом действуют силы инерции, броуновского движения, диффузии, происходит взаимодействие заряженных частиц, конденсация, испарение и т.п. Важным фактором является смачиваемость частиц жидкостью.

По конструкции мокрые пылеуловители разделяют на скрубберы Вентури, форсуночные и центробежные скрубберы, на аппараты ударно-инерционные, барботажно-пенные и др.

Скруббер Вентури (рис. 15). Основная часть этого скруббера – сопло Вентури – 1, в сужающуюся часть которого вводится запыленный газ, а через центробежные форсунки – 2 распыляется вода. При этом происходит разгон газа от входной скорости в 15–20 м/с до скорости 30–200 м/с в узком сечении сопла. Для эффективной очистки очень важна равномерность распределения капель воды по сечению сопла. В расширяющейся части сопла поток тормозится до скорости 15–20 м/с и подается в каплеуловитель – 3 – прямоточный циклон. Расход воды: 0,1–6 л/м3. Скрубберы Вентури обеспечивают высокую эффективность очистки (до 99,9%) от аэрозолей со средним размером частиц 1–2 мкм при их начальной концентрации до 100 г/м3. Производительность скрубберов Вентури – до 80 000 м3/ч.

Форсуночные и центробежные скрубберы эффективно улавливают частицы размером более 10–20 мкм. В них газовый по-ток направляется под углом на зеркало воды, выступающей над поверхностью шлама (рис. 16а). Крупные частицы оседают в воде, а мелкая пыль с газовым потоком поднимается вверх навстречу дождевому потоку, создаваемому форсунками – 2а или пленке воды, подаваемой через сопла в центробежном скруббере.

Рис. 16. Форсуночный скруббер (а), барботажно-пенный пылеуловитель (б), орошаемая противопроточная насадочная башня (в): 1 – корпус; 2а – форсунки; 2б – решетка; 3 – брызгоуловитель; 4 – вода; 5 – пена; 6 – насадка

Удельный расход воды в форсуночных скрубберах составляет 3–6 л/м3, скорость движения потока газа – 0,7–1,5 м/с, эффективность очистки доменного газа – 60–70%. В центробежных скрубберах при запыленности газа пылью до 20 г/м3 удельный расход воды составляет 0,09–0,18 л/м3, эффективность очистки при скорости газа 15–20 м/с – от 80 до 98%.

Барботажно-пенные пылеуловители (рис. 16б). В них газ на очистку поступает под горизонтальную решетку – 2б, затем проходит через отверстия в решетке и слой жидкости – 4 и пены – 5. При скорости газа до 1 м/с наблюдается барботажный режим очистки. При росте скорости до 2–2,5 м/с возникает пенный слой над жидкостью. Это приводит к повышению эффективности очистки, но также растет унос брызг из аппарата. Эффективность очистки газа от мелкой пыли достигает 95–96% при удельном расходе воды 0,4–0,5 л/м3.

Туманоуловители. Их используют для очистки воздуха от туманов кислот, щелочей, масел и других жидкостей. Туманы улавливают волокнистыми фильтрами, на поверхности пор кото-рых осаждаются капли и затем жидкость стекает под действием сил тяготения. В качестве материала применяется стекловолокно с диаметром волокон от 7 до 30 мкм или полимерные волокна (лав сан, полипропилен) диаметром от 12 до 40 мкм. В низкоскоростных туманоуловителях, со скоростью движения газа менее 0,15 м/с, преобладает механизм диффузионного осаждения капель, а в высокоскоростных (2–2,5 м/с) действуют инерционные силы.

Для низкоскоростного туманоуловителя используют трубчатые фильтрующие элементы. Их формируют (набирают) из волокнистых материалов в зазоре шириной 5–15 см между двумя сетчатыми цилиндрами, диаметры которых отличаются на 10–30 см. Эти элементы, в отличие от рукавных фильтров, с одного конца крепятся вертикально к отверстиям верхней перегородки цилинд-рического аппарата, а нижние концы через трубчатые гидрозатворы погружаются в стаканы с конденсированной жидкостью. Туман, проходя с наружной стороны цилиндра во внутреннюю полость, задерживает капли. Образующаяся из них жидкость стекает в стакан. Эффективность очистки частиц размером менее 3 мкм 99,9%.

Высокоскоростные туманоуловители имеют меньшие размеры и обеспечивают эффективность очистки в 90–98%. Для очистки воздуха ванн хромирования от тумана и брызг хромовой и серной кислоты с температурой до 90°С разработана конструкция фильтра с волокнами из полипропилена: ФВГ-Т. Его производительность 3 500–80 000 м3/ч, эффективность очистки – 96–99%.

Билет

1.Принципы рационального природопользования

Вообще современные научные основы и принципы рационального природопользования должны базироваться на методологических принципах современной ресурсологии, коротко упомянутых в разд 4 Рассмотрим их подробнее

1 неисчерпаемых ресурсов не существует На планете Земля по отношению к человеческой деятельности действует непреложный закон исчерпаемости всех природных ресурсов Даже источники космической энергии - солнечное излучение я и гравитационная (приливная) энергия могут оказаться ограниченными во времени из-за изменения их качества на Земле под воздействием антропогенных дидій.

2 Полнота природных ресурсов зависит от уровня их восстанавливаемости Объем изъятия ресурсов, что превышает возможности их естественного восстановления, по сути переводит ресурсы в категорию невозобновляемых ниих.

Превышение изъятия над восстановлением, даже временное, опасно не столько сокращением запасов ресурсов, сколько нарушением природных регуляторных механизмов восстановления

3 Никакие исследовательская или хозяйственная деятельность не может квалифицироваться как воспроизводство ресурсов Как правило, речь идет лишь о расширении фронта эксплуатации ресурсов В лучшем и отдельном случае народ дина может частично восстановить ранее возбужденное ею способность естественных механизмов к восстановлению ресурсесів.

4 Масштабная эксплуатация ресурсов, особенно ископаемых энергоносителей и руд, не восстанавливаются, в масштабах эволюции биосферы на Земле может сохраняться лишь относительно короткое время, ограниченное глобальной эк кологичною кризисом уже йде.

5 дармовой, бесплатных природных ресурсов не бывает Каждый из них - не только вода, почва, биоресурсы суши и вод, но и солнечная энергия, сумма температур, количества осадков, кислород атмосферы, озоновый экран, ассимилирующий потенциал экосистем, продукционный потенциал биоты и др. - имеет абсолютную стоимость, определенную вкладом в поддержание существования и в продукцию биосферы, а следовательно, благополучие людей в этом в значении все природные ресурсы уровне и должны быть включены в систему платностиості.

6 Закона природы исключают право собственности на ресурсы экосферы Ресурсы, которыми пользуется вид Ното баре и которые возобновляются, не должны принадлежать отдельным людям, группам людей или государствам Они принадлежали ать всему человечеству в целом, включая все будущие поколения людей Поэтому устанавливаемая человеческими законами собственность на природные ресурсы всегда относительна и никогда не может быть полной Право собственности на природные ресурсы, которое наносит вред природе и через нее человеку, должно быть выключенючено.

7 Любой восстановительный ресурс, используемый человеком, должен быть воспроизведен, восстановлен как в количественном, так и в качественном отношении Расчеты на естественное восстановление в условиях нарушения я среда регулирующей функции биосферы в большинстве случаев не оправдываются Поэтому огромный долг человечества по восстановлению природных ресурсов, быстро растет, - не философская абстракция, а реальные во, имеющая конкретный стоимостное выражение и очень высокую процентную ставкувку.

8 Принцип трансформации ресурсного капитала: капитал, заключенный в невозобновляемые ресурсы при их освоения и эксплуатации, должен трансформироваться в равновеликий финансовый или иной капитал, на алежить государству и направляемый на воспроизводство возобновляемых природных ресурсов Это в свою очередь требует создания мирового и национального рынка природных ресурсов, который должен находиться под контр Олен государствви.

Указанные принципы современного рационального природопользования выделились еще на основе трудов В В Докучаева, В I Вернадского и других выдающихся ученых-естествоиспытателей Основные их положения заключаются в насту упномпному.

1) Решение экологических проблем невозможно без установления оптимальных норм природопользования, способствующих улучшению состояния природных богатств, непрерывном и эффективном их использованию, а и акож максимальному удовлетворению потребностей народного хозяйства в различных ресурсах Хозяйственная деятельность должна строго учитывать состояние природных ресурсов и условия среды, что является пер шим принципом природопользования Недооценка этого положения при организации практической деятельности часто приводит к негативным последствиямів.

2) В связи с тем, что в среде существуют закономерные связи и взаимозависимости, среда, конечно, оказывает влияние на живые организмы, особенности его действия, в свою очередь, отражаются на направлениях хозяйственной деятельности Основные положения этого принципа были изложены еще в учении академика В I Вернадского о биосфере: \"Человечество как живое вещество неразрывно связано с материально-энергетическими процессами определенной геологической оболочки земли - с ее биосферой Оно не может физически быть от нее независимым \", человек от нее\" стихийно неотделима;стихійно невіддільна".

3) Суть третьего положения заключается в исторически сложившейся зональности природных условий и ресурсов Этот принцип базируется на учениях о зонах природы, где обосновывается закономерная связь между различными явлениями природы (биотическими и абиотическими), а также их зональное распределение по поверхности Земли Там же установлено и научно доказано зависимость размещения природных зон от климата, значение климата дл я развития хозяйственной деятельности и необходимость региональных систем хозяйства для отраслей, использующих природные ресурсси.

4) Четвертое положение вытекает из работ В В Докучаева, где подчеркнуто, что познание особенностей каждой природной зоны должно строиться на всестороннем изучении участков нетронутой природы, сохранившихся ь, с которыми надо сопоставлять результаты изменений, обусловленных хозяйственной деятельностью человека на используемых угодьяях

Таким образом, решение проблемы оптимизации взаимодействия общества и природы как основы рационального природопользования должно базироваться на глубоком комплексном изучении как заповедных Территориального них комплексов, так и нарушенных хозяйственной деятельностью территорий, в выявлении антропогенных изменений под влиянием социально-экономических факторов исследовании состава, структуры, закономерностей функционува ния, развития и размещения природных экосистем разных уровня.

2. Виды и источники загрязнения атмосферы

На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Расход невозобновимых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так на них строятся города и заводы. Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы - той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете.

Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них - газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температуры на планете. Вызывает тревогу у экологов и продолжающееся загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами, достигшее уже 11/5 его общей поверхности. Нефтяное загрязнение таких размеров может вызвать существенные нарушения газо- и водообмена между гидросферой и атмосферой. Не вызывает сомнений и значение химического загрязнения почвы пестицидами и ее повышенная кислотность, ведущая к распаду экосистемы. В целом все рассмотренные факторы, которым можно приписать загрязняющий эффект, оказывают заметное влияние на процессы, происходящие в биосфере.

Химическое загрязнение атмосферы

Основные загрязняющие вещества

Свой контрольную я начну с обзора тех факторов, которые приводят к ухудшению состояния одной из важнейших составляющих биосферы - атмосферы. Человек загрязняет атмосферу уже тысячелетиями, однако последствия употребления огня, которым он пользовался весь этот период, были незначительны. Приходилось мириться с тем, что дым мешал дыханию и что сажа ложилась черным покровом на потолке и стенах жилища. Получаемое тепло было для человека важнее, чем чистый воздух и незакопченные стены пещеры. Это начальное загрязнение воздуха не представляло проблемы, ибо люди обитали тогда небольшими группами, занимая обширную нетронутую природную среду. И даже значительное сосредоточение людей на сравнительно небольшой территории, как это было в классической древности, не сопровождалось еще серьезными последствиями.

Так было вплоть до начала девятнадцатого века. Лишь за последние сто лет развитие развитие промышленности "одарило" нас такими производственными процессами, последствия которых вначале человек еще не мог себе представить. Возникли города-миллионеры, рост которых остановить нельзя. Все это результат великих изобретений и завоеваний человека.

В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство.

Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздухоксилы азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки. Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 170% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива. Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются

следующие:

1) Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250 млн.т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

2) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн.т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65 процентов от общемирового выброса.

3) Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11 км. от таких предприятий, обычно бывают

густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.

4) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе в другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара,коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

5) Оксилы азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксилов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн.т. в год.

6) Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

7) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на 11 т. передельного чугуна выделяется кроме 12,7 кг. сернистого газа и 14,5 кг. пылевых частиц, определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов,смоляных веществ и цианистого водорода.

Аэрозольное загрязнение атмосферы

Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. Средний размер аэрозольных частиц составляет 11-51 мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 11 куб.км. пылевидныхчастиц искусственного происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей. Сведения о некоторых источниках техногенной пыли приведены ниже:

Производственный процесс выброс пыли, млн.т./год

Сжигание каменного угля 93,60

Выплавка чугуна 20,21

Выплавка меди (без очистки) 6,23

Выплавка цинка 0,18

Выплавка олова (без очистки) 0,004

Выплавка свинца 0,13

Производство цемента 53,37

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже - оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Еще большее разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях. Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы - искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва (1250-300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 12 тыс.куб.м. условного оксида углерода и более 1150 т. пыли. Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы этих производств - измельчение и химическая обработка шихт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу. К атмосферным загрязнителям относятся углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, включающие от 11 до 13 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха. Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссии существует инверсия - расположения слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует воздушных масс и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются под слоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвестного в природе тумана.

Смог

Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого