Проблемы нерационального природопользования

5. Очистка воды  от солей (деминерализация воды).

Вода питьевого качества должна содержать солей не более 1000 мг в литре, из них: хлоридов не более 350 мг/л и сульфатов не более 500 мг/л. Существует несколько методов деминерализации природных и сточных вод:

– дистилляция (выпаривание); при кипячении сточной воды в пар переходит вода и летучие органические вещества, а минеральные и органические соли остаются в кубе. Основной недостаток этого метода – большой расход энергии – 0,080 ГДж/т. По этой причине самые мощные выпарные установки сооружают на предприятиях атомной энергетики, имеющих дешевую тепловую энергию. Например, в г. Шевченко на базе атомного реактора методом дистилляции производят опреснение морской воды;

– вымораживание; при кристаллизации воды, содержащей соли, в первую очередь выделяются кристаллы пресного льда. По сравнению с дистилляцией вымораживание имеет энергетические, технологические, конструкционные преимущества;

– мембранные методы основаны на свойстве полупроницаемых мембран (синтетические полимерные пленки) избирательно пропускать через себя молекулы воды, но задерживать растворенные в ней соли и органические вещества. К ним относят электродиализ и ультрафильтрацию (обратный осмос). Электродиализ – метод деминерализации и концентрирования растворов, основанный на направленном переносе ионов солей в поле постоянного тока через полупроницаемую мембрану. За рубежом этот метод получил широкое распространение для обессоливания морской воды. Например, в Ливии функционирует установка производительностью 20 тыс. м3/сутки, в США –  400 тыс. м3/сутки.

Метод обратного осмоса базируется на очистке водных растворов путем  их фильтрации через полупроницаемую  мембрану под давлением 6 – 8 МПа. Процесс  характеризуется относительно небольшими затратами энергии. За рубежом освоено производство подобных установок производительностью до 1 тыс. м3/сутки;

– ионный обмен основан на избирательном поглощении ионов, содержащихся в воде, в слое ионита и является основным для приготовления глубоко обессоленной воды для АЭС и ТЭС с котлами сверхвысокого и критического давления. Кроме того, он используется в водооборотных циклах на предприятиях для концентрирования и извлечения из сточных вод ценных компонентов (например, ионов тяжелых металлов). Широкое применение этот метод нашел и в практике смягчения воды, т. е. избавления ее от солей постоянной жесткости.

6. Удаление остаточных  органических веществ. После очистки в сточных водах могут остаться органические вещества. Лучший способ их удаления – адсорбция активированным углем. Для этого воду пропускают через колонки с активированным углем (время контакта 20 – 40 мин). Адсорбция эффективна для большинства органических соединений и используется для очистки бытовых стоков от жидких отходов перегонки нефти, фенолов и других ароматических соединений. Метод позволяет очистить сточные воды до биологической потребности в кислороде менее или равно  1 мг О2/л (меньше нормы по ГОСТ).

 

Охрана атмосферы.

Для защиты воздушного бассейна от негативного антропогенного воздействия  в виде загрязнения вредными веществами используют:

– экологизацию технологических процессов;

– очистку газовых выбросов от вредных примесей;

– рассеивание газовых  выбросов в атмосферу;

– устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения  и др.

Наиболее радикальная  мера охраны атмосферы от загрязнения  – экологизация технологических процессов и в первую очередь создание замкнутых технологических циклов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в воздух загрязняющих веществ. Для уменьшения загрязнения атмосферы автомобильными выхлопами ученые ведут исследования по созданию экологически “чистых” видов транспорта. В частности, делаются попытки замены бензина более “чистым” топливом – метанолом (метиловый спирт), водородом и т.п., а также замены карбюраторных двигателей дизельными, газотурбинными и т.д.

К сожалению, нынешний уровень  развития экологизации технологических процессов недостаточен для полного предотвращения выбросов токсических веществ в атмосферу. Поэтому на предприятиях повсеместно используются различные методы очистки газовых выбросов от токсичных веществ и аэрозольных частиц.

 

Основные загрязнители атмосферы.

Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое изменение его состава и свойств, негативно влияющих на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем. Оно может быть естественным (природным) и антропогенным (техногенным). Естественное вызвано природными процессами. Сюда относятся вулканическая деятельность, выветривание горных пород, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных и степных пожаров и др.; антропогенное – выбросы в атмосферу различных загрязняющих веществ в процессе деятельности человека. По своему объему оно зачастую превосходит природное загрязнение.

В зависимости от масштабов  распространения выделяют местное, региональное и глобальное типы загрязнений  атмосферы. Первое характеризуется  повышенным содержанием загрязняющих веществ на небольших территориях (город, промышленный район, сельскохозяйственная зона и др.); при втором в сферу  негативного воздействия вовлекаются  значительные пространства, но не вся  планета; третье связано c изменением состояния атмосферы в целом.

По агрегатному состоянию  выбросы веществ в атмосферу  классифицируются на: газообразные (диоксид  серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды и др.); жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.); твердые (канцерогенные вещества, свинец и его соединения, пыль, сажа, смолистые вещества и прочие).

Главные загрязнители воздуха (поллютанты) образуются в процессе производственной и иной деятельности человека;  это диоксид серы (SO2), оксид углерода (СО) и твердые частицы; на их долю приходится около 98% от общего объема выбросов вредных веществ в атмосферу. Суммарный мировой выброс в атмосферу этих загрязнителей составил в 1990 г. – 401 млн. тонн (в России – 26,2 млн. тонн). Помимо них, в атмосфере городов и поселков наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ.

Другой формой загрязнения  атмосферы является локальное избыточное поступление тепла от антропогенных  источников. Признаком этого являются так называемые термические зоны, например, “остров тепла” в городах, потепление водоемов и т.п.

В целом, если судить по официальным  данным за 1999 – 2002 гг., уровень загрязнения  атмосферного воздуха в городах  России остается высоким, несмотря на значительный спад производства. Это объясняют, прежде всего, увеличением количества автомобилей, в том числе неисправных и подержанных.

В настоящее время в  основном загрязняют атмосферный воздух на территории России такие предприятия, как тепловые и атомные электростанции, промышленные и городские котельные и др., по производству черной и цветной металлургии, стройматериалов, по нефтедобыче и нефтехимии, автотранспорт.

В развитых промышленных странах  Запада, например, основное количество выбросов вредных веществ приходится на автотранспорт (50 – 60%), тогда как на долю теплоэнергетики значительно меньше, всего 16 – 20%.

Тепловые электростанции. Котельные установки. В процессе сжигания твердого или жидкого топлива в атмосферу выбрасывается дым, содержащий продукты полного (диоксид углерода и пары воды) и неполного (оксиды углерода, серы, азота, углеводороды и др.) сгорания. При переводе установок на жидкое топливо (мазут) снижаются выбросы золы, но практически не уменьшаются выбросы оксидов серы и азота. Наиболее чистым является газовое топливо, которое загрязняет атмосферный воздух в три раза меньше, чем мазут и в пять раз меньше, чем уголь.

Крупный источник энергетического  загрязнения атмосферы – отопительная система жилищ (котельные установки) – выделяет продукты неполного сгорания. Из-за небольшой высоты дымовых труб токсичные вещества в высоких  концентрациях рассеиваются вблизи котельных установок.

Черная и цветная  металлургия. При выплавке одной тонны стали в атмосферу попадает 0,04 тонн твердых частиц, 0,03 тонн оксидов серы и до 0,05 тонн оксида углерода. Заводы цветной металлургии сбрасывают в атмосферу соединения марганца, свинца, фосфора, мышьяка, пары ртути, парогазовые смеси, состоящие из фенола, формальдегида, бензола, аммиака и других токсичных веществ.

Химическое производство. Выбросы предприятий данной отрасли невелики по объему (около 2% всех промышленных выбросов), тем не менее ввиду своей весьма высокой токсичности, разнообразия и концентрированности представляют значительную угрозу для всей биоты. Атмосферный воздух загрязняется оксидами серы, соединениями фтора, аммиаком, нитрозными газами (смесь оксидов азота), хлористыми соединениями, сероводородом, неорганической пылью и т. д.

Выбросы автотранспорта. В мире насчитывается несколько сотен миллионов автомобилей, которые, сжигая огромное количество нефтепродуктов, существенно загрязняют атмосферный воздух (особенно крупных городов). Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания (в большей степени карбюраторных) содержат такие токсичные соединения, как бенз(а)пирен, альдегиды, оксиды азота и углерода и соединения свинца (в случае применения этилированного бензина). Правильная регулировка топливной системы автомобилей позволяет снизить количество вредных веществ в 1,5 раза, а специальные нейтрализаторы (каталитические дожигатели) –уменьшить токсичность выхлопных газов в 6 и более раз.

Интенсивное загрязнение  атмосферного воздуха происходит также  при добыче и переработке сырья  на нефте- и газоперерабатывающих заводах, при выбросе пыли и газов из подземных горных выработок, при сжигании мусора и горении пород в отвалах (терриконах) и т. д. В сельских районах очагами загрязнения атмосферного воздуха являются животноводческие и птицеводческие фермы, промышленные комплексы по производству мяса, распыление пестицидов и т.д.

 

Физико-химические методы очистки воздуха.

Наиболее распространены адсорбционные, абсорбционные и  каталитические методы очистки газов. Санитарная очистка промышленных газов  включает в себя очистку от СО2, СО, оксидов азота, SO2 и от взвешенных частиц.

Очистка газов  от СО2:

а) абсорбция (поглощение) водой, растворами этаноламинов и холодным метанолом; б) поглощение цеолитами. Углекислый газ избирательно поглощается цеолитами (молекулярные сита), поэтому их используют для извлечения СО2 из природного газа и удаления продуктов жизнедеятельности человека (влаги и СО2) в современных экологически изолированных системах (космические корабли, подводные лодки и т.д.).

Очистка газов  от СО:

а) дожигание на катализаторах; б) конверсия водяным паром:

СО + Н2О -> СО2 + Н2.

Очистка газов  от оксидов азота: а) окислительные методы очистки основаны на реакции окисления оксидов азота с последующим поглощением их водой с образованием HNO3; б) восстановительные каталитические методы очистки основаны на восстановлении оксидов азота до нейтральных продуктов в присутствии катализаторов или под действием высоких температур в присутствии восстановителей; в) сорбционные методы очистки включают абсорбцию оксидов азота водными растворами щелочей и известью, адсорбцию оксидов азота твердыми сорбентами (уголь, торф, силикагели, цеолиты и т.д.).

Очистка газов  от SO2 осуществляется аммиачным, нейтрализационным и каталитическим методами [3].

Очистка газов  от взвешенных частиц (пыли) происходит с помощью специальных фильтров (фильтры Петрянова), скрубберов, циклонов и т.д.

 

Охрана литосферы.

Защита литосферы включает в себя защиту почв от деградации и потерь в результате водной и ветровой эрозии, заболачивания, засоления, загрязнения, необоснованного изъятия их из сельскохозяйственного оборота и т.п. В понятие “охрана литосферы” входит также утилизация отходов, охрана и рациональное использование недр, рекультивация нарушенных территорий, защита массивов горных пород и т.п.

 

Твердые отходы и  методы их утилизации.

Основные виды загрязнения  литосферы – твердые бытовые  и промышленные отходы. На одного жителя в городе в среднем приходится в год примерно по 1 тонне твердых  отходов, причем этот показатель ежегодно растет. Рассмотрим основные методы охраны окружающей среды от твердых бытовых  и промышленных отходов, но прежде познакомимся с такими  основными понятиями, как:

утилизация отходов (от лат. utilis — полезный) – вовлечение отходов в новые технологические циклы и дальнейшее их хозяйственное использование, утилизация промышленных отходов – их использование в качестве вторичного сырья, топлива, удобрений и т. п.;

реутилизация – повторная, иногда многократно-последовательная переработка образовавшихся ранее отходов;

захоронение отходов –  помещение их под землю в специально созданные выемки, брошенные угольные шахты и др. в целях исключения возможности их дальнейшего использования и предотвращения попадания загрязняющих веществ в окружающую среду;

детоксикация (обезвреживание) отходов – освобождение их от вредных (токсичных) компонентов на специализированных установках.

В настоящее время и  по масштабам накопления, и по степени негативного воздействия на окружающую среду экологической проблемой века стали твердые отходы. Поэтому их сбор, удаление, детоксикация, переработка и утилизация – одна из главнейших задач инженерной защиты окружающей природной среды. Важна защита среды обитания и от обычных, т.е. нетоксичных отходов. На урбанизированных территориях размещение отходов уже сейчас имеет первостепенное значение среди экологических проблем. Решение этого вопроса регламентируется Законом Российской Федерации об охране окружающей природной среды и находит отражение в Федеральной целевой комплексной программе “Экологическая безопасность России (1993–1995)”.

Рассмотрим, как в современный  период осуществляют защиту окружающей среды от твердых бытовых и промышленных отходов, а также от радиоактивных и диоксинсодержащих отходов. В отечественной и мировой практике наибольшее распространение получили следующие методы переработки твердых бытовых отходов (ТБО):