Основы промышленной экологии


Сегодня проблематика влияния промышленности на экологию является весьма актуальной, поскольку деятельность металлургических, химических, энергетических, машиностроительных и других предприятий наносят необратимый вред природе. В связи с этим в области научного знания появилась такая дисциплина, как промышленная экология. Она изучает взаимодействие промышленности и окружающей среды. В контексте данной проблемы исследуется состояние атмосферы и воды, почвы и вибраций, электромагнитное и радиационное излучение на территории конкретных объектов. Также рассматривается то, как предприятие влияет на экологию населенного пункта, где находится.

Все это позволяет оценить реальную угрозу природе:

  • — степень загрязнения биосферы;
  • — механизмы изменения природных процессов;
  • — последствия деятельности предприятий.

Экологи предоставляют результаты того, как меняется окружающая среда под воздействием промышленности, прогнозируют дальнейшую ситуацию.


о позволяет своевременно принять природоохранные меры, обязать установку очистительных сооружений на заводах и фабриках. В данный момент установлена тенденция, что многим предприятиям экономически выгоднее оплатить штрафы, чем установить фильтры. К примеру, некоторые недобросовестные заводы практически не очищают промышленные сточные воды, а сбрасывают их в местные водоемы. Это не просто загрязняет гидросферу, но и вызывает болезни людей, которые в дальнейшем пьют воду.

Все это значительно усложняет борьбу экологов с промышленными предприятиями. В идеале они должны соблюдать все требования и нормы, чтобы не вредить природе. На практике все гораздо сложнее. Именно промышленная экология позволяет рассматривать и решать многие экологические проблемы, которые возникли из-за деятельности предприятий.

Данная дисциплина рассматривает широкий круг проблем:

  • — экология горнодобывающей отрасли;
  • — энергетическая экология;
  • — экология химического предприятия;
  • — переработка отходов;
  • — эксплуатация природных ресурсов.

Комплекс проблем каждого объекта зависит от особенностей работы данного предприятия. Промышленная экология рассматривает все этапы и жизненные циклы производства. На основе этого вырабатываются рекомендации, как деятельность сделать более эффективной и менее вредной для окружающей среды.


Источник: ECOportal.info

 

Основные источники загрязнений и вредных воздействий на окружающую среду — это энергетические устройства, сжигающие твердое, жидкое и газообразное топлива, транспорт, предприятия черной и цветной металлургии, химическая, целлюлозно-бумажная и нефтеперерабатывающая промышленность, сельское хозяйство. Состав промышленных выбросов в атмосферу чрезвычайно раз­нообразен; в них содержатся сотни химических соединений в виде газов, аэрозолей или паров. Сжигание топлива и многие промыш­ленные процессы поглощают из атмосферы содержащийся в ней кислород. Выбросы в атмосферу и извлечение из нее кислорода приводят к глобальным и локальным изменениям воздушной сре­ды. Изменение основных компонентов атмосферы — азота, кисло­рода и диоксида углерода — пока незначительны, но они уже существуют и свидетельствуют о нарушении природного равновесия в атмосфере Земли. Повышение концентрации СО2 может в бли­жайшем будущем вызвать изменение климата Земли. Всевозрастающее загрязнение атмосферы оксидами углерода и азота, фреонами и другими галогенметанами (CF2C12, CF2C13, ССl4) ведет к глобальным изменениям в природе; разрушается слой озона, на­ходящийся в стратосфере и защищающий все живое на Земле от жестких излучений коротковолновой части солнечного спектра.


Выделение аэрозолей от предприятий и транспортных машин создает над современными промышленными городами и районами шапки мглы, препятствующие проникновению солнечных лучей. Высокая концентрация загрязнителей в воздухе над многими круп­ными городами опасна для здоровья людей, зеленых насаждении, а также служит причиной разрушения зданий. Около 85% от об­щего количества вредных веществ в выбросах в атмосферу при­ходится на долю диоксида серы, оксидов углерода и азота, углево­дородов, а также пыли. Во второй половине XX в. появился новым вид токсичных загрязнителей — радиоактивные вещества.

Загрязнение и отравление водных бассейнов земного шара — Мирового океана — вызывает не меньшую тревогу, чем загрязне­ние атмосферы.

Промышленные предприятия сбрасывают в водоемы огромные количества сточных вод, содержащих разнообразные токсичные вещества. Опасно загрязнение водоемов металлами — ртутью, свинцом, кадмием, цинком, хромом. Из промышленных отходов в воду попадает свыше миллиона наименований химических соединений, причем ежегодно появляются десятки тысяч новых веществ.

Другой причиной загрязнения водоемов является сельское хозяйство, при нерациональном ведении которого в реки и озера попадают удобрения и ядохимикаты. В результате широкого применения трудноразлагаемых ядохимикатов, содержащих ртуть и свинец, и попадания этих веществ в водоемы происходит накопле­ние токсичных соединений в растениях и организмах, в то время как вредители сельского хозяйства успевают адаптироваться к ядам.


Нефть попадает в Мировой океан при ее добыче и транспор­тировке танкерами. Она образует на поверхности воды тонкую пленку, изолирующую воду от воздуха, что изменяет режим кис­лородно-углеродного обмена, затрудняет испарение воды, т. е. на­рушает экологическое равновесие в этом районе.

Радиоактивные вещества попадают в Мировой океан с осадками из атмосферы, со сточными водами при авариях на атомных электростанциях, но больше всего в результате захоронения в океане контейнеров с радиоактивными отходами промышленных предприятий.

Ученые-гигиенисты разработали и утвердили нормы предельно допустимых концентраций (ПДК) химических веществ в воздухе, воде и в почве.

Под предельно допустимой концентрацией химических веществ понимают такую концентрацию, которая не оказывает на человека прямого или косвен­ного влияния, не снижает его работоспособности, не сказывается отрицательно на самочувствии и настроении.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

В настоящее время определилось несколько основных направлений охраны биосферы, которые в конечном счете ведут к созданию безотходной технологии: 1) разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем, работающих по замкнутому циклу, позволяющих исключить образование основного количества отходов; 2) создание бессточных технологических систем и водооборотных циклов на базе наиболее эффективных методов чистки сточных вод; 3) переработка отходов производства и потребления в качестве вторичного сырья; 4) создание территориально-промышленных комплексов с замкнутой структурой материальных потоков сырья и отходов внутри комплекса.


Разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем, работающих по замкнутому циклу, позволя­ющих исключить образование основного количества отходов, явля­ется основным направлением технического прогресса.

Значительные успехи в этом направлении достигнуты в черной и цветной металлургии, при переработке материалов для ядер­ной техники, в химической промышленности. В черной металлур­гии, например, внедряется бескоксовый, бездоменный метод полу­чения железа прямым восстановлением концентратов железной руды водородом или синтез-газом; таким путем устраняются стадии металлургического процесса, наиболее загрязняющие биосфе­ру, — производство кокса и доменный процесс.

Экологически безвредны металлургические (и другие) процессы, осуществляемые при высоких температурах с помощью плазмы (инертный газ, нагретый до 30 000 К в высокотемпературной электрической дуге).

В химической промышленности давно применяют малоотходные рециркуляционные химико-технологические системы с практи­чески полным использованием исходных реагентов. Это, прежде всего каталитические процессы в газовой фазе с небольшим выходом продукта за один цикл — синтез аммиака, синтез метилового и этилового спиртов и др.


Создание бессточных технологических систем и водооборотных циклов на базе наиболее эффективных методов очистки сточных вод — важнейшее направление охраны гидросферы и снижения потребления природной воды промышленностью.

Переработка отходов производства и потребления в качестве вторичного сырья — самый распространенный способ уменьшения промышленных выбросов. Существует много способов утилизации отходов различных предприятий.

Наибольшее количество отходов использует в качестве сырья промышленность строительных материалов — цемента, кирпича, плит, блоков, труб, строительных растворов. Сырьем для произ­водства строительных материалов в первую очередь служат отходы добычи полезных ископаемых — углей, сланцев и руд (скаль­ные породы, песок), а также зола и шлаки переработки твердого топлива и металлургических предприятий. Гранулированные ме­таллургические шлаки служат традиционным сырьем производ­ства портландцемента, бетона, труб, плит, кирпича. Цементные заводы строят вблизи металлургических, в одном территориаль­но-промышленном комплексе, вырабатывая на основе отходов высококачественные строительные материалы.

Аммиачный способ, доминирующий в мировом производстве соды, дает огромное количество жидких отходов — дистиллерную жидкость, содержащую хлорид кальция, натриевые и аммонийные соли. Экологические недостатки аммиачного способа производства соды совмещены с малым коэффициентом использования основного сырья — хлори­да натрия: натрий используется всего на 70%, а хлор полностью попадает в отвал.


Помимо технологических мероприятий по утилизации и сокра­щению выбросов применяют и другие приемы — захоронение от­ходов под землей, уничтожение их сжиганием, термохимическую обработку и, наконец, биологический метод переработки отходов. Он основан на доведении отходов до такой формы, которая либо доступна действию микроорганизмов, либо самостоятельно быстро распадается или полностью окисляется, т. е. включается в общий круговорот природы.

Часто твердые и жидкие промышленные и бытовые отходы сжигают и подвергают их термохимической переработке. Эти при­емы применяют в масштабах городов и крупных промышленных комплексов, причем образующаяся при сжигании тепловая энер­гия используется для отопительных целей или для выработки электроэнергии.

Создание территориально-промышленных комплексов (ТПК с замкнутой структурой материальных потоков сырья и отходов внутри комплекса основано на комплексном использовании сырья.

СТОЧНЫЕ ВОДЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И МЕТОДЫ ИХ ОЧИСТКИ

Промышленные сточные воды можно классифицировать по происхождению, т. е. по отраслям промышленности, по характеру технологических процессов, по фазово-дисперсному признаку и по составу. В табл. 1 показаны отрасли промышленности, сточные воды которых содержат наибольшее количество примесей, опас­ных для живой природы.

Таблица 1


  Происхождение сточных вод Основные токсичные примеси  
Нефтеперерабатывающая промыш­ленность     Коксохимическая промышленность Целлюлозно-бумажная промышленность     Производство синтетических полимеров и пластмасс   Производство синтетического каучука   Производство экстракционной фосфорной кислоты и фосфорных удоб­рений   Хлорная промышленность     Нафтеновые кислоты, нефтепродукты, фенолы, сульфиды (H2S), хлориды, сульфаты, ПАВ, органические взвеси   Фенолы, сероводород, смолы, углеводороды, тиоцианиды, аммиак, циани­ды, органические взвеси Меркаптаны, сульфиды, спирты, альдегиды, кетоны, органические взвеси Стирол, акрилонитрил, акрилаты, суль­фаты, фенолы, ароматические углеводороды, альдегиды, спирты, циклогексан, органические кислоты, взвеси и др. Бутилен, бутадиен, ацетон, органические кислоты и их соли, ацетонитрил, аммиак, альдегиды, спирты, углеводо­роды и др.   Серная, фосфорная, кремнефтористоводородная кислоты, соединения фтора, хлороводород Ртуть, хлор, хлориды

Сточные воды, содержащие органические примеси, оказывают особо вредное влияние на биосферу. Вредное воздействие органи­ческих примесей промышленных стоков на водоемы и прилегаю­щие к ним районы весьма разнообразно и оценивается, в частно­сти, химическим и биохимическим потреблением кислорода. Косвенными показателями загрязненности сточных вод (и водоемов) органическими веществами служат окисляемость или химическое потребление кислорода (ХПК) и биохимическое по­требление кислорода (БПК).


Под ХПК принимают массу кислорода (мг), необходимую для окислении 1 мг вещества в СО2, Н2О, NO3 или для окисления органических примесей, со­держащихся в 1 дм3 воды.

Под БПК принимают содержание кислорода (мг/дм3), израсходованного за определенный промежуток времени на аэробное биохимическое окисление (раз­ложение) нестойких органических веществ, содержащихся в воде.

Существующие методы очистки сточных вод (рис. 1) по их основному принципу разделяют на механические, физико-химиче­ские, биологические и термические.

Механические методы очистки включают в основ­ном отстаивание, осветление и фильтрацию. Эти наиболее доступ­ные приемы очистки от крупнодисперсных взвесей применяются как первая стадия в общей схеме очистки сточных вод. Для этих операций применяют типовое оборудование — отстойники, решет­ки, фильтры. Центробежную очистку от грубых взвесей проводят главным образом в гидроциклонах различных типов.

Физико-химические методы применяют для очистки сточных вод от мелкодисперсных, коллоидных и растворенных ве­ществ. Это флотация, коагуляция и флокуляция, экстракция рас­творителями, дистилляция и ректификация, адсорбция, обратный осмос и др.

Флотация применяется для очистки от грубо- и мелкодис­персных взвесей. Принцип флотационной очистки, так же как и при обогащении твердого сырья, заключается в обра­зовании комплексов частица — пузырек воздуха, всплывании пу­зырьков и удалении образовавшегося слоя насыщенной примеся­ми пены с поверхности воды.

       
 

 
   

Основы промышленной экологии

Для очистки стоков от мелкодисперсных и коллоидных приме­сей используют их удаление с помощью коагулянтов и флокулянтов, а также другие приемы, например электрокоагу­ляцию, т. е. электролиз с растворимыми катодами, выполненными из металлов (алюминия и железа), служащих коагулянтами. Коагуляцию осуществляют непосредственно после удаления круп­ных взвесей.

Для очистки от растворенных примесей применяют обратный осмос, ультрафильтрацию, электродиализ, ионный обмен, абсорб­цию, экстракцию, радиационно-химический метод.

Обратный осмос (гиперфильтрация) — это процесс разделения растворов фильтрованием через мембраны, поры ко­торых диаметром около 1 нм пропускают молекулы воды, но не­проницаемы (или полупроницаемы) для гидратированных ионов солей или недиссоциированных молекул. Ультрафильтра­ция — разделение растворов, содержащих высокомолекулярные соединения, мембранами, поры которых имеют диаметр 5—200 нм.

Электродиализ применяется для опреснения воды. Это процесс раз­деления ионов неорганических соединений, проводимый в многокамерном мембранном аппарате (электродиализаторе) под дейст­вием постоянного электрического тока. Электродиализатор разделен чередующимися катионитовыми и анионитовыми мембранами, образующими чередующиеся концентрирующие и обессоливающие камеры. Под действием постоянного тока катио­ны в движении к катоду проникают через катионитовые мембра­ны, но задерживаются анионитовыми, а анионы, двигаясь к ано­ду, проходят анионитовые мембраны, но задерживаются катиони­товыми.

Адсорбционный метод — один из наиболее доступных и эффективных способов глубокой очистки (доочистки) сточных вод от растворенных органических веществ. Сорбентами могут служить мелкодисперсные вещества с развитой поверхностью — опилки, зола, торф, глины, коксовая мелочь. Наиболее эффективные сорбенты — активные угли различных марок.

Химические (реагентные) методы применяют глав­ным образом для обезвреживания и удаления неорганических примесей. К реагентным методам относятся нейтрализация кислот и щелочей, переведение ионов в малорастворимые соединения, соосаждение неорганических веществ. Чаще всего применяется нейтрализация кислых стоков основаниями — едкими щелочами, известью, известняком, магнезитом, щелочными отходами. Наибо­лее широко применяется гидроксид кальция (гашеная известь). Одновременно с нейтрализацией происходит осаждение гидроксидов основных солей и карбонатов соответствующих металлов.

Радиационно-химический метод основан на радиолизе воды при ее облучении с помо­щью мощных и эффективных источников облучения — ускорен­ных электронов. Продукты радиолиза воды — ионы, пероксиды, водород, свободные электроны обладают высокой реакционной способностью по отношению ко многим органическим соединени­ям — вредным примесям. При определенном уровне поглощенной энергии возможна либо полная деструкция органических соедине­ний до диоксида углерода и воды, либо трансформация в неток­сичные или менее токсичные вещества.

В особую группу химических методов следует выделить хлорирование и озонирование сточных вод, содержащих органические примеси, а также цианиды и дурно пахнущие неорга­нические вещества. Хлорирование и озонирование наиболее часто применяют для доочистки и обеззараживания питьевой воды на городских водопроводных станциях.

Биологическая очистка основана на биологическом окис­лении органических и некоторых неорганических веществ в резуль­тате деятельности микроорганизмов.

Земледельческие поля орошения— вид очи­стных сооружений, основанных на очищающих свойствах почвы и почвенной микрофлоры, воздействии воздуха, солнца и жизнедеятельности растений.

Биологические пруды часто используют для очистки и доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными соору­жениями.

 

Биологические фильтры представляют собой резервуары, загруженные фильтрующим материалом (насадка), на поверхности которого образуется биопленка, состоящая из мик­роорганизмов, простейших водорослей и др. Насадкой биофильт­ров служат прочные пористые материалы — шлаки, щебень, кокс, керамзит, блоки из пластмасс.

Аэротенки — высокопроизводительные и сравнительно легко управляемые реакторы для биологической очистки сточных вод, обладающие сравнительно высокой интенсивностью и окис­лительной мощностью. Это железобетонные резервуары с непре­рывно протекающей сточной водой, во всем объеме которой раз­виваются микроорганизмы (активный ил). В аэротенк непрерыв­но подается и равномерно распределяется воздух, для дисперги­рования которого применяются различные устройства — перфори­рованные (фильтровальные) пластины, дырчатые трубки, форсунки, аэраторы со съемными диффузорами из пористого пластика.

Термический способобезвреживания сточных вод за­ключается в полном окислении (сжигании) органических приме­сей с образованием СО2, Н2О, N2 и зольного остатка. «Огневой метод» применяется для небольших объемов сточных вод, со­держащих особо токсичные примеси, при извлечении ценных раст­воренных минеральных примесей или для горючих отходов, которые могут быть использованы как топливо.

Метод жидкофазного окисления(мокрого сжигания) состоит в окислении органических примесей сточных вод кислородом воздуха под давлением 15 МПа и при 350°С.

Термические методы неэкономичны, особенно при больших объемах стоков; их применение лимитируется составом стоков и целесообразно лишь при содержании более 6% токсичных органи­ческих примесей, удаление которых другими методами затрудни­тельно, например при наличии биологически неразлагаемых орга­нических веществ.

ОЧИСТКА ПРОМЫШЛЕННЫХ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ

В газообразных промышленных выбросах вредные примеси мож­но разделить на две группы: а) взвешенные частицы (аэрозоли) твердых веществ — пыль, дым; жидкостей — туман и б) газооб­разные и парообразные вещества.

Таблица 2

  Вещества     ПДК, мг/м3   Вещества     ПДК, мг/м3
разовая средн. сут.   разовая средн. сут.  
Аммиак Ацетальдегид Ацетон Бензол Гексахлоран Ксилолы Марганец и его соединения Мышьяк и его сое­динения Метанол Нитробензол Оксид углерода СО Оксиды азота (в пересчете на N2O5) 0,2 0,1 0,35 1,5 0,03 0,2 –   –   1,0 0,008 3,0   0,085 0,2 0,1 0,35 1,5 0,03 0,2 0,01   0,003   0,5 0,008 1,0   0,085 Оксиды фосфора (в пересчете на Р2О5) Ртуть Свинец Сероводород Сероуглерод Серы диоксид SO2 Фенол Формальдегид Фтороводород Хлор Хлороводород Тетрахлорид угле­рода 0,15     0,0003 0,008 0,03 0,5 0,01 0,035 0,05 0,1 0,2 4,0 0,05   0,0003 0,0007 0,008 0,005 0,05 0,01 0,012 0,005 0,03 0,2 2,0

В настоящее время основной задачей газоочистки служит доведение содержания токсичных примесей в газовых примесях до предельно допусти­мых концентраций (ПДК), установленных санитарными нормами (табл. 2).

Очистка газов от аэрозолей.Методы очистки по их основному принципу можно разделить на механическую очистку, электроста­тическую очистку и очистку с помощью звуковой и ультразвуко­вой коагуляции.

Механическая очистка газоввключает сухие и мок­рые методы. К сухим методам относятся: 1) гравитационное осаж­дение; 2) инерционное и центробежное пылеулавливание; 3) филь­трация. В большинстве промышленных газоочистительных уста­новок комбинируется несколько приемов очистки от аэрозолей, причем конструкции очистных аппаратов весьма многочисленны.

Гравитационное осаждениеосновано на осаждении взвешенных частиц под действием силы тяжести при движении запыленного газа смалой скоростью без изменения направления потока. Процесс проводят в отстойных газоходах и пылеосадительных камерах. Грави­тационное осаждение действенно лишь для крупных частиц диа­метром более 50—100 мкм, причем степень очистки составляет не выше 40—50%. Метод пригоден лишь для предварительной, гру­бой очистки газов.

Инерционное осаждениеосновано на стремлении взве­шенных частиц сохранять первоначальное направление движения при изменении направления газового потока. Среди инерционных аппаратов наиболее часто применяют жалюзийные пылеуловители сбольшим числом щелей (жалюзи). Части­цы пыли с d<20 мкм в жалюзийных аппаратах не улавливаются. Степень очистки в зависимости от дисперсности частиц составляет 20—70%. Инерционный метод можно применять лишь для гру­бой очистки газа. Помимо малой эффективности недостаток этого метода — быстрое истирание или забивание щелей.

Центробежные методы очистки газов основаны на действии центробежной силы, возникающей при вращении очи­щаемого газового потока в очистном аппарате или при вращении частей самого аппарата. В качестве центробежных аппаратов пылеочистки применяют циклоны различных типов: батарейные циклоны, вращающиеся пылеуловители (ротоклоны) и др. Цикло­ны наиболее часто применяют в промышленности для осаждения твердых аэрозолей.

Фильтрация основана на прохождении очищаемого газа через различные фильтрующие ткани (хлопок, шерсть, химические волокна, стекловолокно и др.) или через другие фильтрующие материалы (керамика, металлокерамика, пористые перегородки из пластмассы и др.). Наиболее часто для фильтрации применяют специально изготовленные волокнистые материалы — стекловолок­но, шерсть или хлопок с асбестом, асбоцеллюлозу. В зависимости от фильтрующего материала различают тканевые фильтры (в том числе рукавные), волокнистые, из зернистых материалов (керами­ка, металлокерамика, пористые пластмассы).

Мокрая очистка газов от аэрозолей основана на промывке газа жидкостью (обычной водой) при возможно более развитой поверхности контакта жидкости с частицами аэрозоля и возможно более интенсивном перемешивании очищаемого газа с жидкостью. Этот универсальный метод очистки газов от частиц пыли, дыма и тумана любых размеров является наиболее распро­страненным приемом заключительной стадии механической очист­ки, в особенности для газов, подлежащих охлаждению. Применяются башни с насадкой (насадочные скрубберы), орошаемые циклоны (центробежные скрубберы), пенные аппараты, скрубберы Вентури

Основы промышленной экологии

— высокоинтенсив­ные газоочистительные аппараты, но работающие с большим расхо­дом энергии. Скорость газа в сужении трубы (горловине скруббе­ра) составляет 100—200 м/с, а в некоторых установках — до 1200 м/с. При такой скорости очищаемый газ разбивает на мель­чайшие капли завесу жидкости, впрыскиваемой по периметру тру­бы. Это приводит к интенсивному столкновению частиц аэрозоля с каплями и улавливанию частиц под действием сил инерции.

Основной недостаток всех методов мокрой очистки газов от аэрозолей — это образование больших объемов жидких отходов (шлама). Таким образом, если не предусмотрены замкнутая сис­тема водооборота и утилизация всех компонентов шлама, то мок­рые способы газоочистки по существу только переносят загрязни­тели из газовых выбросов в сточные воды, т. е. из атмосферы В водоемы.

Электростатическая очистка газов служит уни­версальным средством, пригодным для любых аэрозолей, вклю­чая туманы кислот, и при любых размерах частиц. Метод осно­ван на ионизации и зарядке частиц аэрозоля при прохождении газа через электрическое поле высокого напряжения, создаваемое коронирующими электродами. Осаждение частиц происходит на заземленных осадительных электродах.

Коагуляцию аэрозолей методом предварительной электриза­ции производят, например, пропусканием газа через электризационную камеру с коронирующими электродами, где происходит зарядка и коагуляция частиц, а затем через мокрый газоочисти­тель, в котором газожидкостный слой служит осадительным элек­тродом (рис. 4).

Основы промышленной экологии

Осадительным электродом может служить пенный слой в пенных аппаратах, слой газожидкостной эмульсии в насадочных скрубберах и других мокрых газопромывателях, в которых решетки или другие соответствующие детали должны быть заземлены.

Очистка газов от парообразных и газообразных примесей.

Промышленные способы очистки газовых выбросов от газо- и парообразных токсичных примесей можно разделить на три основные группы: 1) абсорбция жидкостями; 2) адсорбция твердыми поглотителями и 3) каталитическая очистка.

Абсорбция жидкостямиприменяется в промышленно­сти для извлечения из газов диоксида серы, сероводорода и дру­гих сернистых соединений, оксидов азота, паров кислот (НС1, HF, H2SO4), диоксида и оксида углерода, разнообразных органических соединений (фенол, формальдегид, летучие растворители и др.)-

Адсорбционные методы основаны на избирательном извлече­нии из парогазовой смеси определенных компонентов при помощи адсорбентов — твердых высокопористых материалов, обладающих развитой удельной поверхностью. Промышленные адсорбенты, чаще всего приме­няемые в газоочистке, — это активированный уголь, силикагель, алюмогель, природные и синтетические цеолиты (молекулярные сита).

Каталитические методы очистки газов основаны на реакциях в присутствии твердых катализаторов, т. е. на зако­номерностях гетерогенного катализа. В результате каталитических реакций примеси, находящиеся в газе, превраща­ются в другие соединения, т. е. в отличие от рассмотренных мето­дов примеси не извлекаются из газа, а трансформируются вбез­вредные соединения, присутствие которых допустимо в выхлоп­ном газе, либо в соединения, легко удаляемые из газового пото­ка.

Термические методы обезвреживания газовых выбросов применимы при высокой концентрации горючих органических за­грязнителей или оксида углерода. Простейший метод — факельное сжигание — возможен, когда концентрация горючих загрязните­лей близка к нижнему пределу воспламенения.

УТИЛИЗАЦИЯ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ

Существуют следующие методы обезвреживания и захороне­ния твердых промышленных отходов: 1) биологическое окисление в условиях, моделирующих естественные; 2) термическая обработ­ка; 3) складирование отходов на поверхности земли и 4) захоро­нение особо вредных отходов на участках, не имеющих хозяйст­венного значения — овраги, карьеры, шурфы, траншеи, скважины.

Термическая обработка— наиболее надежный способ обезвреживания и утилизации твердых отходов. Сжигание осуще­ствляют в высокотемпературных химических реакторах — печах, обеспечивающих: 1) хорошее перемешивание для развития поверх­ности контакта фаз и для ускорения внешней и внутренней диф­фузии кислорода с целью максимального окисления органической части отходов; 2) высокую температуру, достаточную для полного обезвреживания токсичной части отходов.

Весьма перспективна термическая обработка твердых отходов методом пиролиза; продукты пиролиза могут служить энергетиче­ским топливом, а также сырьем для органического синтеза.

Захоронение твердых промышленных отходов в поверхностных хранилищах — наиболее распространенный пока способ их обезвреживания. Основной тип поверхностных хранилищ — шламонакопители, которые строят по каскадному принципу. Шламохранилища включают чашу, берега, плотину и дренажную систему, защищающую грунты под сооружением от фильтрационных дефор­маций и отводящую из хранилища загрязненные стоки для обезвре­живания.

Захоронение промышленных токсичных отходов на участках, не имеющих хозяйственного значения, производят после их стабили­зации обработкой связующими или цементирующими веществами— жидким стеклом, цементными растворами, битумами. Полученные блоки закладывают в карьеры, скважины, шурфы и другие естест­венные или искусственные углубления в поверхностных слоях зем­ли. Такой прием применяют для отходов, содержащих соединения ртути, мышьяка, цианидов, а также для слабо радиоактивных от­ходов.

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
ПРОМЫШЛЕННАЯ ВОДОПОДГОТОВКА | Энергетические проблемы химической технологии

Источник: helpiks.org

Объектом изучения промышленной экологии является техносфера — составная часть антропосферы. Антропосфера — оболочка Земли, где реализуется деятельность человека (производственная, бытовая, собственно социальная).

Промышленная экология — наука об эколого-экономических системах, т. е. о совокупностях систем, включающих промышленное предприятие и другие объекты хозяйственной деятельности (транспорт, сельское хозяйство, гидротехнические сооружения, городское хозяйство) с территорией и всем комплексом живущих на этой территории организмов.

Иначе, промышленная экология — это раздел экологии, изучающий закономерности формирования природно-промышленных комплексов и способы обеспечения их экологической безопасности.

Главными задачами промышленной экологии являются поиск и реализация надежных способов и средств обеспечения условий выживания природы и человека при функционировании природно-промышленного комплекса.

Природно-промышленный комплекс — это структура, возникающая за счет взаимодействия предприятия, его функционирования, воздействия вспомогательных служб, жилья и всей инфраструктуры с природной окружающей средой, включающей как биотическую, так и абиотическую составные части.

Таким образом, при воздействии производственной деятельности человека на среду его обитания возникает система достаточно сложных природно-промышленных комплексов, состоящих из предприятия, вспомогательных служб, жилищного комплекса, различных коммуникаций, включая территорию, абиотическую и биотическую составляющие. Биотическая составляющая образована растительным сообществом (природным и частично искусственным, возникшим за счет формирования различных типов агроценозов), а также животными, сопутствующими человеку или теми животными и другими типами организмов, которые нормально переносят соседство человека.

Совокупность природно-промышленных комплексов на Земле образует техносферу. Техносфера является источником и благ, и опасностей для человека, так как создает специфические условия среды его обитания.

Важным понятием промышленной экологии является производственное предприятие.

Производственное предприятие — организация, осуществляющая производственный процесс, в результате которого получается конкретная продукция.

Производственное предприятие занимает определенную территорию, находится в конкретном здании, включает вспомогательные службы, имеет различные коммуникации и за счет своей производственной деятельности оказывает влияние на природную окружающую среду. Оно может включать воздействие самой деятельности, сопровождающейся изменением среды (например, строительное предприятие изменяет биогеоценоз при подготовке территории для строительства и т. д.), кроме этого, могут образовываться отходы производства, выделяться различные промежуточные продукты, отрицательно влияющие на среду обитания (например пыль при производстве цемента). Готовая продукция также может негативно влиять на среду обитания человека (например химическое оружие) и т. д.

По размерам производственные предприятия бывают крупные, средние и мелкие. Наибольшее воздействие на среду обитания оказывают крупные многотоннажные предприятия, но и мелкие предприятия, если их много, в совокупности также могут оказывать значительное влияние на природную окружающую среду. Так, прачечные, как правило, небольшие предприятия, но они могут сильно загрязнять природные водоемы за счет большого количества таких предприятий.

В основе деятельности любого предприятия лежит производственный процесс — совокупность операций по добыче и переработке исходных материалов (в общем случае — сырья) в определенную продукцию (она может быть как конечной продукцией, так и полуфабрикатом, т. е. служить основой для получения другой продукции).

Готовой продукцией называют продукт, полученный в результате завершения производственного процесса на данном предприятии.

Эту продукцию можно использовать или без дальнейшей переработки (например, пища на предприятиях массового питания), или как исходный материал для изготовления новой продукции (например, антрекоты из сырого мяса являются полуфабрикатами и служат основой для приготовления готовых мясных блюд; продукция домны — чугун передельный — является исходным веществом для получения стали и т. д.).

По характеру протекания производственные процессы бывают трех видов:

1. Непрерывные процессы — в систему непрерывно подаются исходные компоненты и непрерывно удаляются готовые продукты (например, доменный процесс — в домну непрерывно подают руду и шихту, а из домны извлекают расплавленный чугун; процесс может длиться от момента запуска домны до момента остановки на ремонт).

2. Периодические процессы протекают в три стадии: загрузка, непосредственно технологический процесс и выгрузка (примером периодических процессов является варка стали в мартеновских печах).

3. Комбинированные процессы включают стадии, которые реализуются по непрерывному и периодическому характеру.

Так, рассматривая производственный процесс варки стали из природных железных руд (а не из передельного чугуна) можно видеть, что получение чугуна осуществляется непрерывно, а варка стали в конверторах (или других аппаратах) — периодически.

По характеру циклов производственные процессы разделяют на три важнейшие группы:

1. Процессы с разомкнутой или открытой схемой (например, конверторный способ варки стали).

2. Процессы с замкнутой схемой (например, система охлаждения резца токарного станка при скоростном резании — охлаждающая эмульсия циркулирует между бачком, резцом и сборником жидкости).

3. Процессы со смешанной схемой (например, получение аммиака синтезом из азота и водорода — непрерывное поступление в колонну синтеза азота и водорода, выделение из колонны синтеза готового аммиака — замкнутый цикл, а не вступившие в реакцию азот и водород вновь возвращаются в колонну синтеза).

С экологической точки зрения, наилучшими являются процессы с замкнутым циклом, при которых вещества используются многократно и «обслуживающие вещества» (вода, обогревающие газы и т. д.) не выделяются в окружающую среду, а вновь применяются в производственном процессе, а из производственной сферы выделяется только продукция данного процесса.

Важнейшими понятиями промышленной экологии являются сырье, отходы производства, загрязнители, качество среды, ее показатели, природоохранная деятельность, ее принципы и компоненты.

Источник: www.polnaja-jenciklopedija.ru

Содержание

1. Предмет промышленной экологии , основные задачи
2. Основополагающие понятия промышленной экологии : устойчивость, равновесие , живучесть, безопасность
3. Загрязнение окружающей среды в РФ
4. Суть концепции безотходных или чистых производств
Список использованных источников

Введение

Объектом изучения промышленной экологии является техносфера — составная часть антропосферы.  Антропосфера — оболочка Земли, где реализуется деятельность человека (производственная, бытовая, собственно социальная).

Промышленная экология — наука об эколого-экономических системах, т. е. о совокупностях систем, включающих промышленное предприятие и другие объекты хозяйственной деятельности (транспорт, сельское хозяйство, гидротехнические сооружения, городское хозяйство) с территорией и всем комплексом живущих на этой территории организмов.

Иначе, промышленная экология — это раздел экологии, изучающий закономерности формирования природно-промышленных комплексов и способы обеспечения их экологической безопасности.

Главными задачами промышленной экологии являются поиск и реализация надежных способов и средств обеспечения условий выживания природы и человека при функционировании природно-промышленного комплекса.

1. Предмет промышленной экологии, основные задачи

Предметом промышленной экологии является то, как снизить загрязнение среды в процессе производства. Причем это не обязательно загрязнение веществами, в том числе и токсичными. Промышленность загрязняет среду теплом, шумом, электромагнитным излучением и пр., которые крайне угнетающе воздействуют как на человека, так и на природу в целом. Так например, воздействие шума является одной из главных причин стрессов и в человеческом обществе и в природе. Не достаточно изучено влияние электромагнитного излучения, особенно слабого. Тепловое загрязнение становится сейчас самым распространенным случаем хронического стресса. Особенно это заметно вблизи тепловых электростанций, высвобождающих в воздух и воду огромное количества тепла. Последствия повышения температуры в окрестных прудах и озерах различны.

Одной из наибольших опасностей считается загрязнение грунтовых вод и глубоких водоносных горизонтов. В отличие от поверхностных вод эту воду практически невозможно очистить. Поэтому она еще долго будут отравлять все живое в окрестности. Но основную нагрузку несут на себе, конечно же, атмосфера и открытые водоемы

К числу основных направлений развития промышленной экологии можно отнести следующее:

  1. Очистка выбросов. Разрабатываются и внедряются все новые системы очистных сооружений, препятствующих попаданию вредных веществ в атмосферу и в водоемы. Однако проблема этим не решается – куда девать эти вещества после того, как они выделены в концентрированном виде из промышленных стоков или дыма.
  2. Совершенствование технологии производства путем повторного использования отходов.
  3. Совершенствование добывающих и промысловых отраслей промышленности. Здесь происходят практически неконтролируемые процессы разрушения ландшафтов, гибели пригодных для земледелия земель, загрязнения среды, непосредственное уничтожение растительного и животного мира планеты и т.п.
  4. Переход на экологически более чистые источники энергии.
  5. Снижение вредности транспорта. Это одна из важнейших проблем современных городов, которая напрямую связана с энергетической проблемой. Сейчас эту проблему пытаются решать с помощью соответствующих фильтров и оптимизацией конструкцией моторов, но рост численности автомобилей перекрывает все успехи в этом направлении. В природных экосистемах около 90% энергии расходуется на разложение и возвращение веществ в биогеохимический кругооборот. В социально-экономических системах около 90% материальных ресурсов переходит в отходы, а основное количество энергии используется в производстве и потреблении.

Поэтому главной задачей промышленной экологии является нахождение путей для рационального использования природных ресурсов, предотвращения их исчерпания, деградации и загрязнения окружающей среды, а в конечном итоге – совмещение техногенного и биогеохимического кругооборотов веществ.

2. Основополагающие понятия промышленной экологии : устойчивость, равновесие, живучесть, безопасность

   Устойчивость — свойство, внутренне присущее экосистеме, характеризующее способность:

  • выдерживать изменения, создаваемые внешними воздействиями (например, техногенные воздействия на природный ландшафт);
  • оказывать сопротивление внешним (техногенным) воздействиям;
  • обнаруживать способность к восстановлению или самовосстановлению экосистемы. В ряде случаев рост нагрузок на фунты (статических, динамических, термодинамических) приводит к нежелательным явлениям и процессам — просадкам, оползням, заводнению, что угрожает устойчивости возводимого объекта и нарушает баланс в геотехнической системе.

 Равновесие — свойство экосистемы сохранять устойчивость в пределах регламентированных границ при антропогенных изменениях природного ландшафта.

Безопасность— свойство, определяющее риск потерь устойчивости, равновесия и живучести экосистемы.

БЕЗОПАСНОСТЬ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ: 1) совокупность действий, состояний и процессов, прямо или косвенно не приводящих к жизненно важным ущербам (или угрозам таких ущербов), наносимым природной среде, отдельным людям и человечеству; 2) комплекс состояний, явлений и действий, обеспечивающий экологический баланс на Земле и в любых ее регионах на уровне, к которому физически, социально-экономически, технологически и политически готово (может без серьезных ущербов адаптироваться) человечество.

Живучесть– способный долго жить, существовать; длительный.

3. Загрязненние окружающей среды в РФ

Все неиспользованное сырье, а это его основная часть (до 90%) поступает в окружающую среду в виде различных отходов. Следует отметить, что эти вещества в природе прежде всего были в наименее растворимой и, следовательно, наименее токсичной форме. Например, металлы – в виде малорастворимых оксидов или сульфидов, фтор – в виде фторида кальция или фосфатов (последние всегда содержат фтор). И даже несмотря на это месторождения фторида кальция или фосфоритов являются зонами эндемического (природного) флюороза. При получении металлов, фосфорных удобрений и ряда других продуктов образуется большое количество твердых, жидких и газообразных отходов, в которых так называемые тяжелые металлы и фтор находятся в активной форме, губительно воздействующей на все живое. За последние пятнадцать лет промышленность и транспорт выбросили в окружающую среду свинца больше, чем за весь предшествующий период. Всего в результате промышленной деятельности от всех антропогенных источников в биосферу поступило около 20 млн. т свинца, 14 млн. т цинка, более 2 млн. т меди и т.д. Масштабы выбросов соединений кадмия, цинка, меди и других тяжелых металлов всеми вулканами нашей планеты далеко уступают их количеству, поступающему только от мусоросжигательных печей. При этом следует отметить, что антропогенные источники выделения тяжелых металлов распределены очень неравномерно и сконцентрированы преимущественно в густонаселённых промышленных регионах.

Особую опасность вызывает непрерывное повышение регионального и глобального фона – средней концентрации (например, тяжёлых металлов в почве, воде и воздухе), сложившейся в регионе. Повышенное внимание к тяжелым металлам уделяется потому, что по общетоксическому воздействию на живые организмы они уже вышли на первое место, далеко опередив радиоактивные вещества и пестициды, и вызывают целый букет тягчайших человеческих недугов: сердечно-сосудистые заболевания, умственную неполноценность, паралич, рак, наследственные болезни. В последнее десятилетие особую тревогу вызывает ежегодное поступление в атмосферу от антропогенных источников до 25 млрд. т диоксида углерода (около 10% от общего природного поступления), вызывающего потепление за счет парникового эффекта, около 190 млн. т монооксида углерода – угарного газа (10%), около 110 млн. т диоксида серы – одного из основных источников кислых дождей (75-90% в зависимости от полушария), около 70 млн. т оксидов азота, свыше 50 млн. т различных углеводородов, около 50 млн. т первичных аэрозолей (4%). Кроме того, образуется еще порядка 250 млн. т мелкодисперсных аэрозолей сульфатов, нитратов, углеводородов (20%) и т.д. Доля ОСЙР в общем объеме выбросов составляла около 10%. В 1988 г. в нашей стране в окружающую среду поступило 12-15 млрд. т твердых отходов, 160 млрд. т жидких и 107 млн. т газообразных выбросов, аэрозолей и пыли.

В Государственном докладе «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1996 году» сказано, что загрязнения атмосферного воздуха в 262 городах и промышленных центрах России свидетельствуют о том, что за пятилетний период (1992-1996 гг.) средние за год концентрации пыли, диоксида серы и формальдегида снизились на 11-13%, бензопирена – на 39%. За тот же период средние концентрации сероводорода, оксида углерода, оксида и диоксида азота возросли на 3-8%. … За год концентрации загрязняющих веществ превышали установленные санитарно-гигиенические нормативы в воздухе 205 городов с населением 65,4 млн. чел. (44% населения страны). Случаи превышения максимальных концентраций 10 ПДК имели место в 70 городах.» Таково состояние атмосферы в нашей стране в настоящее время.

4. Суть концепции безотходных или чистых производств

Безотходная технология – это такой способ производства продукции (процесс, предприятие, территориально-производственный комплекс), при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле сырьевые ресурсы – производство – потребление – вторичные сырьевые ресурсы таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования».

Под малоотходным понимается такой способ производства продукции (процесс, предприятие, территориально-производственный комплекс), при котором вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарно-гигиеническими нормами; при этом по техническим, организационным, экономическим или другим причинам часть сырья и материалов переходит в отходы и направляется на длительное хранение или захоронение. Термин чистое производство был введен на заседании рабочей группы ЮНЕП/ИЕО в 1989 г. Было дано следующее определение чистого производства: «это производство, которое характеризуется непрерывным и полным применением к процессам и продуктам природоохранной стратегии, предотвращающей загрязнение окружающей среды таким образом, чтобы понизить риск для человечества и окружающей среды.

Основные принципы организации малоотходных и безотходных или чистых производств:

-разработка принципиально новых процессов, при внедрении которых существенно снижается или практически исключается образование отходов и отрицательное воздействие на окружающую среду;

– комплексное использование всех компонентов сырья и максимально возможное использование потенциала энергоресурсов. Комплексный подход, имеющий не только экологическое, но и важное экономическое значение, обеспечивает эффективность таких производств, что в значительной степени ускоряет их разработку и внедрение. В качестве примера можно привести комплексную переработку полиметаллических руд, апатитового и нефелинового концентратов, руд, содержащих редкие металлы.

– внедрение геотехнологических методов разработки месторождений полезных ископаемых (например, подземное выщелачивание);

– применение безводных методов обогащения и переработки сырья на месте его добычи;

– использование гидрометаллургических методов переработки руд и отходов;

– применение методов порошковой металлургии;

– внедрение окислительно-восстановительных технологий с применением кислорода, водорода, озона, свободных радикалов, электрического тока и т.д.;

– использование в технологии сверхвысоких давлений и температур, эффекта сверхпроводимости;

– разработка плазменных процессов;

– замена химических процессов с использованием кислот и щелочей механическими методами, например, при очистке поверхностей;

– замена прямоточных процессов противоточными;

– внедрение перспективных высокоэффективных мембранных, ионообменных, экстракционных и других методов для разделения и выделения ряда высокоценных и токсичных веществ;

– максимальная замена первичных сырьевых и энергетических ресурсов вторичными;

– создание энерготехнологических процессов. – внедрение непрерывных процессов;

– интенсификация и автоматизация процессов и т. д.

Организация производства:

– ключевым является принцип системности. Принцип системности, учитывает взаимосвязь и взаимозависимость производственных, социальных и природных процессов. В качестве примера можно привести создание в различных отраслях народного хозяйства замкнутых водооборотных систем,являющихся составной частью безотходною производства.

– цикличность потоков веществ, например создание замкнутых водооборотных и газооборотных циклов. Важнейшие из них – замкнутые водооборотные циклы, которые формируют производственную систему по аналогии с природным круговоротом воды.

– возможность комбинирования производств на основе комплексного использования сырья и энергоресурсов;

– возможность отраслевой кооперации производств на основе переработки и утилизации вторичных ресурсов.

– обоснованность района и площадки строительства с учетом фонового загрязнения окружающей среды, перспектив развития данного производства и других производств в регионе;

– создание малоотходных и безотходных территориально-производственных комплексов или эколого-промышленных парков.

– рациональная организация производства.

– создание региональных систем по переработке и обезвреживанию отходов, прежде всего токсичных. Это полигоны, заводы по производству строительных материалов, использующие и обезвреживающие некоторые токсичные материалы в силу особенностей своей технологии (обжиг и спекание при высоких температурах).

Конечной целью безотходного или чистого производства, является максимально возможное удовлетворение потребностей людей (в пище, одежде, жилье и т.д.) без ухудшения (а иногда и с улучшением) среды обитания.

Список использованных источников

1. Защита атмосферы от промышленных загрязнений. Справочник в 2-х частях. Под ред. С. Калверта. – М.: Металлургия. – 1988. – 760 с.
2. Родионов А.И. и др. Техника защиты окружающей среды. Учебник для вузов. – М.: Химия, 1989. – 512 с.
3. Родионов А.И. и др. Техника защиты окружающей среды. Учебник для вузов. – М.: Химия, 1989. – 512 с.
4. Власенко В. М. Каталитическая очистка газов. Киев: Техника, 1973. 199 с.
5. Катализ в кипящем слое/Под ред. Мухленова И. П. и Померанцева В. М, Изд. 2-е. Л.: Химия, 1978. 232 с.
6. Хмыров В. И., Фисак В. И, Термическое обезвреживание промышленных газовых выбросов. Алма-Ата: Наука, 1978. 116 с.
7. Лукин В. Д., Курочкина М. М. Очистка вентиляционных выбросов в химической промышленности. Л.: Химия, 1980. 232 с.

Источник: NauchnieStati.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.