Экологическая безопасность населения - Городское строительство и хозяйство

Принципы устойчивого развития, принятые в 1992 г. На экологическом форуме в Рио-де-Жанейро как стратегию развития человечества на XXI век, предполагают обеспечение такого развития антропогенной деятельности на нашей планете, при котором достигается гармония между удовлетворением возрастающих потребностей увеличивающегося населения земли и поддерживающей эти потребности емкостью биосферы, что позволит нормально развиваться настоящему поколению человечества и не ущемляет возможностей будущих поколений.

Вы учитесь на факультете ГСХ. Любой город тоже должен развиваться по принципам устойчивого развития по всем компонентам городской среды:

Воздушная среда;

Водная среда;

Литосфера (почво-грунты);

Биота.

Воздушная среда городских поселений постоянно ухудшается из-за негативных воздействий от различных источников загрязнения.

Отличие природных источников загрязнения состоит в том, что даже при значительной интенсивности (что бывает редко) они не оказывают существенного влияния на экосистему города.

К искусственным антропогенным источникам загрязнений относят промышленные, транспортные и бытовые выбросы, которые могут быть в виде газов, пыли и сажи.

В настоящее время на каждого жителя промышленно развитых стран ежедневно в атмосферу выбрасывается свыше 2,25 кг различных загрязнителей, в том числе 1,5 кг/чел газообразных и 0,75 кг/чел твердых.

Чистый сухой воздух состоит из механической смеси не взаимодействующих между собой газов (%): 78,08 - N2%; 20.95 - O2; 0.035 - CO2 и 0,94% остальные газы (H2, инертные газы и др.). В результате загрязнений состав и концентрация газов в атмосфере может меняться. Очень важно сознавать, что загрязнение атмосферы это не одна, а множество примесей к основным компонентам воздуха. Боле того количество каждого конкретного загрязнителя сильно меняется в зависимости от расстояния до его источника, направление ветра и погодных условий. Таким образом, состав и концентрация смеси, воздействию которой мы подвергаемся, меняются изо дня в день, каждый час и от места к месту. Значит, последствия, наблюдаемые нами, практически никогда не вызываются единственным загрязнителем, а результатом комбинированного воздействия смеси загрязнителей.

Таким образом, на равновесии воздушной среды в экосистеме города влияют различные факторы. В частности состав и концентрация компонентов газовой смеси атмосферы, давление и температура.

В результате природных и технобиогенных процессов происходят изменения физико-химических процессов, происходящих в атмосфере.

В данном курсе мы рассматриваем в основном химическое загрязнение (появление новых химических веществ и повышение концентрации существующих)

Загрязнения атмосферы подразделяют на первичные и вторичные.

Первичные - это выбросы, непосредственно поступающие в атмосферу от различных источников. Это в значительной мере продукты сжигания угля, бензина и др. жидкого топлива, а также отходов (бумаги, пластика и др.) При полном сгорании топлива образуется: CH4 + 2O2 > CO2 + 2H2O

Однако, окисление редко происходит до конца. Часто образуется угарный газ СО. Выбросы NO, SO2,H2S также первичные.

Вторичные - это продукты образования из первичных (за счет дальнейших реакций в атмосфере). Часто они бывают более опасными и токсичными, чем первичные. NO2 и SO3 - это уже вторичные загрязнители, которые при взаимодействии с парами воды образуют аэрозоли H2SO4 и HNO3.

Озон является также вторичным загрязнителем.

Он образуется:

NO2 > NO + O

O + O2 > O3

В принципе процесс этот обратим:

O3 + NO > NO2 + O2

NO2 + O > NO + O2

Но это только в случае отсутствия других факторов. В присутствии же углеводородов NO реагирует с ними, что влечет 2 неприятных последствия:

Образуются очень агрессивные и вредные органические соединения - пероксиацилнитраты (ПАН), которые также как озон являются фотохимическими окислителями (за счет hх)

NO с помощью углеводородов связывается и происходит накопление O3.

Таким образом можно выделить восемь наиболее опасных загрязнителей атмосферы:

Взвеси и пыли. Представляют собой крошечные частицы и капли, находящиеся в воздухе во взвешенном состоянии. Мы наблюдаем их в виде дыма или смога. Взвеси могут переносить другие загрязнители, растворенные в них или приставшие к их поверхности.

Углеводороды и другие органические соединения. Эта группа включает в себя бензин, растворители и растворы органических веществ, переходящие в воздух в виде паров.

Угарный газ (CO) Очень ядовит.

Оксиды азота.

Оксиды серы (в основном SO2) SO2 ядовит как для растений, так и для животных.

Свинец и другие тяжелые металлы.

Озон и другие фотохимический окислители. В стратосфере озоновый экран защищает от УФ-излучений. Но в тропосфере - высокотоксичен для растений и животных. Пример "загрязнитель-вещество, оказавшееся не на своем месте".

Кислоты (H2SO4 и HNO3) Образуют кислотные дожди и туманы.

Выброс твердых частиц в атмосферу.

Переход теплоэнергии на сжигание низкокачественного высокозольного топлива увеличивает количество золошлаковых отходов, усложняет систему очистки продуктов сгорания от мелких частиц, выбрасываемых через дымовую трубу, и увеличивает выброс частиц в атмосферу.

Концентрация твердых частиц в потоке продуктов сгорания зависит от свойств топлива и способа его сжигания.

Например, экибастузский уголь имеет зольность 38%, теплотворную способность 4000 кикл/кг, а донецкий 20,9% и 6030 кикл/кг. Поэтому при одинаковых условиях сжигания частиц золы в дымовых газах в первом случае будет ~ в 2,7 раза больше. Так при сжигании топлива в топке осаждается 60-75% золы, а 25-40% должно уноситься (из ~ половины оседает в газоходах, а вместе с дымом уносится всего 10-15%). В топках с жидким шлакоудалением осаждается 40-60% золы, а в циклонных топках - до 80%, а значит уменьшается вынос ее в атмосферу.

Сильно загрязняют атмосферу твердыми частицами и другие отрасли промышленности. Например, большие выбросы происходят при проведении открытых горных работ, открытой добычи сырья, при производстве строительных материалов. Образующееся в карьере при взрывных работах облако пыли и газов распространяется на 10-12 км.

Добытый уголь, щебень, другие горные породы,, строительные материалы и другие сыпучие материалы часто доставляют в открытых вагонах (для удобства погрузки и разгрузки). При этом за загруженном составом, скорость которого 80-120 км/час, тянутся шлейфы "черной вьюги". Выдуваются сотни тысяч тонн угольной и другой пыли, в том числе и строительных материалов. Много теряется при перегрузке и хранении. И все это попадает в атмосферу, а затем осаждается на почву.

Угарный газ.

В незагрязненном воздухе уровень содержания СО невелик. Важнейшим источниками СО являются автомобильный транспорт и ТЭС (продукт неполного сгорания). СО может окисляться О 2 воздуха до СО 2, но эта реакция протекает чрезвычайно медленно. Кроме того СО удаляется из воздуха, поглощаясь микроорганизмами почвы, диффундирует в стратосферу, откуда удаляется вступая в реакцию с реакционноспособными атомами и молекулами. Среднее время пребывания СО в атмосфере до 6 месяцев. Молекулы СО химически не активны, но обладают специфической способностью прочно связываться с гемоглобином крови - белком, выполняющим роль переносчика кислорода. Эта способность у СО в 210 раз выше, чем у О 2. В результате загрязнения воздуха СО способствует развитию сердечных болезней, что особенно часто наблюдается у курильщиков. Резкое повышение [СО] может привести к летальному исходу.

Диоксид углерода.

Одной из функций атмосферы является защита поверхности Земли от губительного действия излучений, а другой функцией является поддержание относительно постоянной и умеренной температуры у поверхности Земли.

Земля находится в тепловом равновесии со своим окружением. Это значит, что Земля излучает в космическое пространство энергию со скоростью, равной скорости поглощения солнечной энергии.

Большая часть этого излучения задерживается парами СО 2 и Н 2О, поглощающими его в ИК - области, тем самым эти компоненты не дают в ночное время, когда Земля излучает энергию в космос и не получает солнечной рассеиваться теплу и поддерживают пригодную для жизни равномерную температуру у поверхности Земли. Пары Н 2О играют важную роль в поддержании температуры атмосферы энергии. Поэтому в пустынях днем очень жарко, а ночью - очень холодно.

Что касается СО 2, то в настоящее время для обеспечения огромного количества энергетических потребителей сжигается большое количество ископаемого топлива, завершая круговорот СО 2 . При этом сильно возрастает [СО 2] в воздухе, и его поступление превышает поглощающую способность существующих растений. Это чревато серьезными климатическими последствиями.

Избыточный СО 2 (в отличие от других компонентов атмосферы) поглощает ИК - излучение (тепловая энергия, преобразовавшаяся из световой). При этом СО 2 нагревается, в свою очередь нагревая атмосферу в целом. Значит, чем больше в ней СО 2, тем больше ИК - лучей будет поглощено, тем теплее она станет. Это и есть парниковый эффект.

Это приведет к таянию льдов, повышению уровня мирового океана, затоплению прибрежных территорий, переселению людей, а также к перемещению агроклиматических зон. Например, в средних широтах (зона с/х) естественные осадки могут значительно сократиться, а значит, летом станет жарче, испарения с почвы увеличатся, сами почвы пересохнут, а ветры поднимут их частицы в атмосферу (пыльные бури).

Автотранспорт сильно загрязняет городскую среду, выбрасывая топливо оксидов азота (30%) в воздух ~ 95% оксидов углерода и ~ 65 % углеводородов. Кроме отработанных газов двигателей атмосфера загрязняется парами топлива (из баков, карбюраторов и др.), продуктами износа шин и тормозных колодок. Все органические вещества окисляются О 3 или О. Продуктами окисления являются альдегиды и пероксинацилнитраты (ПАН), которые являются очень вредными веществами, раздражающими глаза, затрудняющими дыхание.

Автомобильный транспорт, использующий этилированный бензин, является также основным источником выбросов высокотоксичных соединений свинца. В 1 л бензина содержится до 0,4 г Pb. По данным США при существующем парке автомобилей в атмосферу ежесуточно выбрасывается до 2000 тонн свинца, что составляет 1/6 часть его добычи в стране.

Одним из наиболее токсичных выбросов в атмосферу является бензопирен. Это канцерогенное вещество имеет свойство кумулироваться в организме и способствует заболеванию раком. При сжигании природного газа (при неправильном режиме) может образовываться 1-10 мкг/100 м 3 бензопирена, а при сжигании мазута до 50-100 мкг/100 м 3 .Общий выброс бензопирена в атмосферу Земли оценивается до 20 тыс. тонн в год. По расчетам ученых, во взвешенном состоянии в атмосферном воздухе нашей страны находится до 5 тыс. тонн бензопирена, ртути, мышьяка, Pb, Cd, фенолов, фреонов и других весьма опасных веществ.

Роза ветров.

На температурно-влажностный режим, а значит и воздушную среду экосистемы города (региона) оказывает большое влияние скорость ветра.

Во влажных районах ветер способствует увеличению долговечности здания, так как ускоряет просушивание строительных конструкций.

Направление ветра является определяющим фактором при решении вопросов планировки города: выбор направления улиц с учетом обеспечения лучшего проветривания городских территорий, расположение промышленных зон и жилых кварталов.

Направление ветра определяется по стороне горизонта, откуда он дует. Для обозначения этих сторон горизонт делят на 8 главных направлений (румбов) - С, Ю, В,З.,СВ, ЮЗ, ЮВ, СЗ (схема 2). Если на каждом из этих румбов отложить в масштабе от центра отрезки, характеризующие в % повторяемость ветров по этим направлениям и соединить концы прямыми линиями, то получится графическое изображение повторяемости ветров, называемое розой ветров.

Скорость ветра измеряют в м/с или баллах. Графически скорость ветра по румбам изображается в виде розы скоростей ветров (схема). Эти розы дают полную картину о ветровом режиме: как о господствующем направлении, так и о его скорости.

Розы ветров составляют отдельно для зимы (января) и лета (июля).

Оценка уровня загрязнений.

Уровень загрязнений определяется 3-мя факторами:

Поступлением загрязнений в атмосферу;

Объемом пространства, в котором они рассеиваются;

Организмы способны без вреда для себя переносить я;

Механизмами удаления загрязнений из воздуха, присутствие определенных загрязняющих веществ.

Содержание их, ниже которого болезненные реакции не наблюдаются, называют пороговым уровнем. При больших количествах проявляются последствия для здоровья.

Они зависят от концентрации загрязняющего вещества и длительности его воздействия (эксплуатации). При короткой экспозиции переносимые более высокие уровни загрязнителей, т. е. пороговые значения для них выше и они могут понижаться при более длительном воздействии. Поэтому важно понимать, что главное не присутствие в атмосфере загрязнителя, а получаемая доза. Под ней понимается произведения концентрации на экспозицию. Т. о. можно перейти от качественных показателей уровня загрязнений к количественным. Основным количественным показателем, используемым в нашей стране для контроля качества биосферы (в т. ч. атмосферы) является - допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ. Это min действующая концентрация (доза), при которой проявляются свойства вредного вещества, т. е. верхний предел лимитирующих факторов, при котором содержание вещества выходит за допустимые границы экологической ниши человека.

ПДК - это ГОСТ (закон).

Мы сегодня рассмотрим только ПДК воздушной среды. Раздельное нормирование содержание примесей вредных веществ предусматривает разделение ПДК. Необходимость раздельного нормирования примесей обусловлена условиями восприятия вредных веществ людьми: на промышленных предприятиях дышат здоровые люди, проходящие регулярно мед. Осмотр, а в населенных пунктах близ этих предприятий дышат как взрослые, так и дети, пожилые и больные, беременные женщины и др.

Для санитарной оценки воздушной среды используют седующие показатели:

ПДКр. з. - пдк химического вещества в воздухе рабочей зоны мг/м 3. Эта концентрация при ежедневной (кроме выходных) работе в пределах 8 час. (или др.), но не более 40час. В неделю, в течение всего рабочего штата не должна вызывать заболевания или отколонения в состоянии здоровья. Р. з. считается пространство, U=2м над уровнем пола или площадки, на которой находится место постоянного ли временного пребывания работающих.

ПДКа. в. - это максимальная концентрация в атмосфере, которая при воздействии на протяжении всей жизни человека не оказывает на него вредного влияния (в т. ч. последствия и на окружающую среду) мг/м 3 .

ПДКм. р. - максимальная разовая мг/м 3 это концентрация при вдыхании в течение 30 мин. Не должна вызывать рефлекторных реакций в организме человека.

ПДК сс - среднесуточная в воздухе населенных мест мг/м 3. Эта концентрация не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного воздействия при долгом (годы) вдыхании.

Кк - коэффициент кумуляции - это отношение концентрации, вызывающей токсический эффект при однократном воздействии, и суммарной концентрации вещества, вызывающий этот же эффект при длительном воздействий загрязнений (в помещениях) воздуха.

Химические соединения, поступающие в воздух рабочей зоны предприятий, могут считать причиной острых и хронических, отравлений, а также различных отклонений в состоянии здоровья работающих. Химические вещества в воздухе могут находится в виде газов, паров и аэрозолей.

ПДК р. з. должны быть установлены для тех соединений, содержания которых в воздушной среде может обладать вредным для здоровья действием. При контроле воздушной среды производ. помещений окр-ия ПДКм. р.

Кк определяется на основании анализа средних значений, полученных в результате многократных исследований в течение всего рабочего дня, а также более длительного времени.

Кроме производственных помещений воздушная среда общественных зданий, учреждений, дома тоже содержит много загрязнений. У проблемы загрязнения воздуха у проблемы загрязнения помещений три аспекта:

Во-первых, все больше веществ и оборудования, используемых дома и в офисах выделяют потенциально опасные испарения;

Помещения становятся все более и более герметичными, следовательно, попав туда загрязняющие веществава, накапливаются до опасных уровней.

Экспозиция загрязнения внутри помещения гораздо длительнее, чем на открытом воздухе. В среднем, человек, проводящий 70-80% своего времени в помещении, причем у тех, кто более уязвим для загрязнения (маленькие дети, беременные, пожилые, хронически больные) этот % еще выше.

Существует много источников загрязнения воздуха в помещениях:

Формальдегид и др. синтетические органические соединения (применяемые для получения связывающего в ДСП, а также в качестве пластификаторов для пористой резины и пластиковых обивочных материалов):

Продукты неполного сгорания топлива, при герметизации помещений небезопасно даже полное сгорание топлива, т. к. понижается О 2 в воздухе;

Испарения жидкостей для мытья посуды и сантехники; испарения клеев и др. химикатов, используемых для поделок;

Аэрозоли всех видов (в т. ч. освежители воздуха и дезинфицирующие средства);

Асбест (природный материал), используемый в качестве теплоизоляционного материала для обкладки труб парового отопления, переслаивания перекрытий в общественных зданиях, в качестве кровельного материалаасбестовой пыли связано с раком легких, который может проявиться через 20-30 лет после экспозиции. В США, Японии и др. с середины 70х годов ведется компания за удаления асбеста из цокольных помещений и др. общественных зданий. Но эта программа выполняется медленно (у нас нет!);

Курение: оно несет значительно больший риск, чем среднее воздействие любого из перечисленных веществ.

Загрязнение атмосферного воздуха.

ПДК химических соединений в атмосферном воздухе устанавливаются в основном на двух показателям: ПДКм. р.(30мм) и ПДКсс.(24мм) Наиболее важные ПДКсс, превышение их указывает на возможное неблагоприятное и токсичное действие различных веществ.

ПДКм. р. устанавливается для веществ, обладающих преимущественно раздражающим и рефлекторным действиям. Среди нормативных показателей широко применяется еще ПДВ.

ПДВ - предельно допустимый выброс загрязняющих веществ в атмосферу, при котором обеспечивается соблюдение гигиенических нормативов в воздухе населенных мест при наиболее неблагоприятных условиях для рассеивания.

Строгое соблюдение величины ПДВ, устанавливаемого для каждого предприятия, обеспечивает выполнение санитарных нормативов и является сегодня одним из наиболее действенных средств охраны воздушного бассейна.

Современный большой город оказывает существенное воздействие на приземной слой атмосферы. Основными результатами этого воздействия являются загрязнение микроклиматических особенностей город по сравнению с фоновыми климатическими. Гелиерактурные различия на территории города в основном 3-мя факторами:

Адвекцией тепла (перемещением по горизонталям);

Радиационным балансом;

Теплопроводностью подстилающей поверхности неодинаковая теплопроводность подстилающей поверхности и степень увлажнения (а значит, и величина испарений) в городе и пригороде приводит к тому, что под влиянием адвекции может меняться не только фон температур района, но и микроклиматические разности температур.

Среди метеорологических факторов, определяющих рассеяние примесей в атмосфере, прежде всего, необходимо отметить ветровой режим.

В городе происходит ослабление скоростей ветра. При слабых ветрах (до 2 м/с) характеристики диффузии примеси в атмосфере не велики, и повторяемость слабых скоростей ветра необходимо учитывать как фактор, затрудняющий рассеяние примесей и способствующий их накоплению.

Значительную роль в накоплении загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы играет вертикальный профиль температуры. Приземная инверсия в сочетании со слабой скоростью ветра создает условия застоя, когда концентрация примесей в атмосфере может достичь очень высоких значений даже от слабого источника за счет эффекта накопления (кумуляции). Установлено, что повторяемость приземных инверсий связана с повторяемостью слабых скоростей ветра. И, кроме того, отмечено, что накопление примесей в атмосфере, обусловленное слабыми ветрами и приземными инверсиями, усиливается в условиях туманов. Туманы, смешиваясь с загрязняющими веществами в атмосфере, создают смоговые явления.

Т. о. к основным метеорологическим параметрам, способствующим накоплению загрязняющих веществ в атмосфере, можно отнести слабые скорости ветра, и инверсии и туманы.

Многолетние метеорологические наблюдения в Москве показали, что в северных районах города (по данным метеостанций Шереметьева, Лосиноостровская, Чкаловская) явно преобладают метеоусловия, способствующие рассеянию и эффективному удалению из атмосферы примесей. В таких районах наблюдается меньшая повторяемость слабых скоростей ветра и туманов. Зато, осадков здесь выпадает больше.

В южном районе (метеостанции Солнечная, Ленино-Дачное, Домодедово) напротив, наблюдается наибольшая повторяемость слабых ветров и туманов и сравнительное уменьшение количества осадков.

Повышение загрязнения в южных районах г. Москвы позволяет сделать вывод, что наличие здесь крупных источников загрязнения атмосферы приводит к повышенному (по сравнению с другими районами города) уровню загрязнения атмосферы, что подтверждается ситуацией в юго-восточных районах столицы.

Центр Москвы в среднем на 2-4 градуса теплее других районов города. Очаг тепла, существующий над центром, создает особую местную циркуляцию, которая способствует перемещению воздуха, а значит, и загрязнения с окраин к центру. В центральной части города максимальны повторяемость штилей. Ослабление скорости ветра в центральных и Ю-В районах города создает здесь неблагоприятные условия, связанные с застоем воздуха. Наличие здесь крупных промышленных предприятий на фоне этого осложняет экологическую обстановку.

Влияние загрязнений на здоровье людей и окружающую среду.

В периоды, когда загрязнение достигает высокого уровня, многие люди жалуются на головные боли, раздражения глаз и носоглотки, тошноту и общее плохое самочувствие. На слизистые оболочки, по-видимому, действует в основном озон. Присутствие аэрозолей к-ты, гл. образом серной, георрелирует с учащением приступов астмы. Из-за угарного газа возникает ослабление мыслительной деятельности, сонливость и головные боли. С высокими уровнями взвесей, действующими длительное время связывает респираторные заболевания и рак легких. Но все эти факторы могут в разной степени влиять на разные аспекты здоровья.

Среди загрязняющих воздух газов встречаются и смертельно ядовитые при высоких концентрациях, но такие концентрации не достижимы вне помещений. Однако дополнительный стресс для человека в ослабленном состоянии может оказаться роковым.

Многие вещества, загрязняющие воздух, являются канцерогенными. Однако четких доказательств их действия нет. Было установлено, что единственный фактор, бесспорно коррелирующий с числом серьезных многих заболеваний - это курение (показать картинки из Небела). Когда исследования провели для курящих и некурящих отдельно: у курящих живущих и в загрязненном городском и чистом сельском воздухе легочные заболевания оказались распространены примерно одинаково. Однако, курильщики в загрязненном воздухе больше подвержены заболеваниям легких, чем при отсутствии загрязнений. Т. е. курение и загрязнение воздуха обладает сильным синергическим эффектом.

Некоторые заболевания, сопутствующие загрязнению воздуха на данном производстве, также синергически отягощаются курением. Например, "черная болезнь" легких у курящих шахтеров. Заболевания легких среди тех, кто работает с асбестом, также преобладает у курильщиков.

Заслуживающим особого внимания загрязнителем является свинец. В начале 80х годов обнаружено, что повышенное содержание Pb распространено очень широко и встречается в организмах как взрослых, так и детей. В дальнейшем установлена корреляция умственной отсталости у детей и гипертония у взрослых с высоким содержанием Pb в крови. Поэтому в США уже с 1988г. Запрещено использование бензина со свинцовосодержащими добавками.

Несколько слоев о влиянии загрязнения атмосферы на окружающую среду города. Оказывается, растения значительно более чувствительны к загазованности воздуха, чем люди.

Это хорошо видно в городах с развитой промышленностью. Так, с подветренной стороны металлургических и химических заводов или электростанций, работающих на угле, обнаружены обширные пространства сильно поврежденной растительности. Это от действия SO2. Вымирание растительности в городах - следствие, живым образом, влияние озона и др. фагохимических окислителей.

При этом надо отметить, что многие растения выносят стресс до определенного уровня без видимых последствий, но далее при даже слабом увеличении концентрации (или длительном воздействии) загрязнителя увеличивается предел устойчивости вида и это ведет к резкому падению его прироста или вымиранию. Эта точка называется критическим уровнем. А когда устойчивые виды гибнут, а их место в ходе экологической сукцессии занимают другие более устойчивые виды, экологи не сомневаются, что широкомасштабные изменения (в т. ч. ландшафтов) уже происходят в результате загрязнения воздуха.

Очистка воздушного бассейна от загрязнений.

Очистка от пыли и взвесей.

Вплоть до сегодняшнего дня основными источниками взвесей были открытые сжигания отходов на свалках и промышленные трубы.

Для очистки газообразных выбросов, несущих золовые или пылевидные частицы применяют следующие способы очистки от твердых частиц:

Механические сухие инерционные золоуловители, в которых частицы золы отделяются от газа под действием центробежных или инерционных сил тяжести;

Электрофильтры, в которых улавливание частиц происходит при осаждении их на электродах под действием электростатических сил;

Рукавные фильтры. Определяющими параметрами при выборе типа золоуловителя являются -, количество улавливаемой золы,, и дисперсный состав и физические свойства, а также требуемая степень очистки.

Механические золоуловители разделяются на 2 типа: центробежные(циклонные) и инерционные (жалюзийные).

Принцип действия циклона заключается в следующем: дымовые газы со скоростью 20 м/с подводятся по трубе, расположенной по касательной к цилиндрическому корпусу. Твердые частицы, попадая во внутреннюю полость корпуса, двигаясь по инерции прямолинейно, прижимаясь к корпусу циклона, теряют скорость и по конической части под действием силы тяжести постепенно опускаются в бункер, откуда периодически удаляются. Достоинствами циклонов являются их невысокая стоимость и простота конструкции, главный недостаток большие габариты.

Инерционные золоуловители состоят из корпуса,2х жалюзийных решеток, газоходов очищенного и неочищенного газа. Где проходит между лопастями решеток, увлекая за собой незначительное количество мелких частиц(а более крупные собираются в циклоне, где отделяются от дымовых газов).

Достоинствами жалюзийных золоуловителей являются малые габариты, возможность установки в вертикальных и горизонтальных газоходах, а недостатками - быстрое истирание золой и необходимость частой (6-10 мес.) замены решеток.

Очистка электрофильтрами. Этот способ основан на том, что при пропуске через электрическое поле дымовых газов происходит ионизация газового потока. При этом частицы (взвеси и пыли), содержащиеся в газовом потоке, получают электрический заряд. Основная масса частиц заряжается отрицательными ионами, переносится к положительному полюсу и оседает на нем. Электрофильтры устанавливаются вертикальными и горизонтальными.

Рукавные фильтры. Газы пропускают как бы через огромные пылесосы. (Часто ставят батареи из нескольких фильтров).

Кроме очистки дымовых газов от мельчайших частиц золы и твердого топлива при сжигании многосернистого топлива (например, подмосковного угля) применяется очистка газовой смеси от соединений серы.

Существуют 3 принципиальных разных направления снижения выбросов соединений серы:

Удаление S из топлива до его сжигания;

Применение новых методов режимов сжигаия;

Очистка от соединений S продуктов сгорания.

1. Удаление серы на нефтеперегонных заводах осуществляется гидроочисткой. При этом водород взаимодействует с сераорганическими соединениями и образуется Н 2S, который затем улавливается и может использоваться для получения серы и ее соединений. Однако, снижение S в жидком топливе с 2,5% до 0,5% приводит к удвоению его стоимости.

Способ удаления S из твердого топлива зависит от вида соединений, в которых она содержится: это могут быть включения колчедана FeS2, сульфатная сера (CaSO4,Na2SO4, K2SO4) и сера, входящая в состав молекул органического твердого топлива.

Для отделения от угля колчеданной и органической серы используют гидротермическое обессеривание углей (обработка измельченного топлива в автоклавах при Р = 1,75 МПа и t=300є С р-рами NaOH и KOH)

Есть и другие способы химической очистки угля от серы. Но все они не рентабельны.

2. Среди новых способов сжигания угля метод сжигания в псевдоожиженном (кипящем) слое является предпочтительным в смысле борьбы с выбросами в атмосферу.

При этом способе уголь сжигают в смеси с песком и известью, которая постоянно как бы кипит под действием вдуваемого снизу воздуха. В результате S взаимодействует с известью и удаляется золой.

Но чтобы внедрить на существующих ТЭС этот метод, их пришлось бы переоборудовать (Это не рентабельно). Но при сооружении новых ТЭС это необходимо использовать.

3. Наиболее экономически целесообразным представляется применение скрубберов. Это жидкие фильтры. Газообразные продукты сгорания пропускаются через распыленный водный раствор извести. В результате SO2+Cа(OH)2>CaSO 4 + H2O

Скрубберы весьма эффективны в борьбе с выбросами в атмосферу и не очень дороги. Но при всех случая выбор метода и конструкции сероулавливающей установки должен производится на основании технико-экономического расчета.

Кроме того, для уменьшения выбросов в атмосферу S-содержащих соединений из ТЭС, надо подумать об альтернативных источниках энергии (солнечные батареи, ГЭС, ГАЭС, АЭС, ПЭС).

Очистка воздушного бассейна от загрязнений.

Очистка от пыли и взвесей.

Механические золоуловители разделяются на 2 типа: центробежные(циклонные) и инерционные (жалюзийные).

Существуют 3 принципиальных разных направления снижения выбросов соединений серы:

Удаление S из топлива до его сжигания;

Применение новых методов режимов сжигаия;

Очистка от соединений S продуктов сгорания.

Есть и другие способы химической очистки угля от серы. Но все они не рентабельны.

Борьба с загрязнениями от автомобильных выбросов.

Основным источником углеводородов и оксидов азота, приводящих к повышению приземного содержания О 3, пероксиацилнитратов и СО, признаны выхлопные газы транспортных средств.

Озон являясь сильно химически активны, в приземной атмосфере превращается в О 2. Но только не в присутствии углеводородов, которые замедляют процесс распада озона, и он активно вступает в реакцию с источниками влаги и другими соединениями, что способствует образованию стойкого облака мутного утреннего смога.

В крупных городах 80% CO и 40% углеводородов и Nov попадает из выхлопных труб автомобилей. Контролировать выбросы оксидов азота проблематично. Первые меры были направлены на усовершенствование двигателей - понижение Т и давления сжигания, это ослабляет окисление азота. Однако это уменьшает КПД и увеличивает расход топлива. Возник конфликт между борьбой с загрязнением и экономией энергии. Но для образования О 3 нужны не только оксиды азота, но и углеводороды. Поэтому решили справиться сначала со второй задачей(направив все усилия на борьбу с выбросами углеводородов) и перестали обращать внимание на автомобильные выбросы оксидов азота.

В настоящее время современные автомобили оборудованы множеством приспособлений для борьбы с загрязнением, которые обеспечивают более полное сгорание топлива и снижают содержание вредных выбросов в выхлопах. Главным является каталитический преобразователь. Принципиально нейтрализатор представляет собой корпус из нержавеющей стали, включающий в систему выпуска до глушителя. В корпусе располагается блок носителя с многочисленными продольными порами, покрытыми тончайшим слоем вещества катализатора, которое само не вступает в химические реакции, но ускоряет их течение. Известно множество катализаторов (Cu, Cr, Ni, палладий, радий). Но самой стойкой к воздействию агрессивных соединений, образующихся при сгорании бензина, оказалась платина. Ею в чистом виде или с добавками палладия и стали покрывать керамические соты нейтрализаторов.

Когда химические газы проходят через него, химический катализатор (платинированные гранулы) стимулирует окисление углеводородов и СО до СО 2 и воды.

Одним из немногих приспособлений для борьбы с выбросами оксидов азота является клапан возврата отмеренного количества выхлопных газов в цилиндры для понижения температуры горения (но как говорил выше это уменьшает КПД). Поэтому, к сожалению, одним из главных способов снижения вредных выбросов оксидов азота от автотранспорта является рациональный режим использования автотранспорта и его движения (например, запрещение въезда транзитного транспорта в города и др.).

Но кроме автотранспорта, в атмосферу выбрасываются оксиды азота от объектов топливно-энергетического комплекса, металлургии и других отраслей промышленности. Снижение этих выбросов в атмосферу обеспечивается как технологическими методами, так и методами очистки дымовых газов.

К технологическим методам относят:

Сжигание топлива с малыми избытками воздуха, что позволяет снизить количество образовавшихся оксидов N на 15%;

Ступенчатое сжигание топлива (снижение оксидов азота на 30%)

Рециркуляция продуктов сгорания в топку до 25-30% (это снижает выбросы NOx на 25-40%)

Использование специальных горелок (снижение на 50%)

Комплексное использование специальных горелок и усовершенствованное ступенчатое сжигание (снижение выбросов на 80%)

Основные методом очистки дымовых газов от оксидов азота является пропускание продуктов сгорания через адсорбент, поглощающий 96-97% оксидов азота. В настоящее время разработаны и внедрены дешевые адсорбенты в виде полукокса, получаемого из бурого угля.

Очистка выбросов от АЭС.

На АЭС в помещениях, где расположены ядерные реакторы, кроме общеобменной приточно-вытяжной вентиляции имеется местная специальная вентиляционная вытяжная система для отсоса воздуха из реактора. Удаляемые воздух очищают от аэрозолей тканевыми фильтрами - поглотителями. Для уменьшения активности инертных газов, выбрасываемых в атмосферу, их выдерживают в специальных емкостях-газгольдерах (там они распадаются образуя новые радиоактивные аэрозоли с меньшей активностью, которые улавливаются фильтрами). Иногда вместо газгольдеров применяют адсорберы, где одновременно с выдержкой (радиоактивным распадом радиоактивных газов) происходит адсорбция газов.

Затем воздух из системы специальной вентиляции выбрасывается в трубу.

Количество ожидаемых радиоактивных выбросов подсчитывается в предположении нарушения определенного режима.

Городская водная среда.

Вода - ценнейший ресурс, играющий заключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают; ежегодный расход воды на Земле по всем видам водоснабжения составляет 3500 кмі (70% всего водопотребления используется в с/х). На современном этапе определяются следующие направления рационального использования водных ресурсов: 1)более полное использование и расширенное воспроизводство ресурсов пресных вод; 2)разработка новых технологичных процессов, позволяющих свести к минимуму потребление свежей воды.

К водным объектам, расположенным в городской черте, относятся поверхностные водные объекты: водотоки (реки, каналы, ручьи), водоемы (пруды, озера, водохранилища), моря и подземные воды.

Источники антропогенного загрязнения:

Городские сточные;

Промышленные сточные;

Атмосферные осадки;

Сельскохозяйственные стоки.

Большое значение имеет качество воды. Качество воды в природных водах зависит от совокупности физико-географических условий (климат, рельеф местности, почвенный покров, характер прибрежной растительности, площадь стока, особенность его строения, лесистость), биологических процессов, протекающих в водоеме с участием гидробионтов, и деятельностью человека (регулирование речного стока, сброс сточных вод, судоходство). При этом под качеством воды понимают совокупность ее свойств, обусловленных характером содержащихся в воде примесей (минеральных и органических веществ) в ионном, молекулярном, комплексном, коллоидном и взвешенном состоянии, а также изотопный состав радионуклидов в воде.

Поверхностные воды характеризуются большим содержанием нерастворимых веществ, в частности органических соединений.

Подземные воды не содержат большого количества органических веществ, но часто насыщены минеральными солями, а иногда и газами (H2S, CO2, CH4). Подземные воды часто характеризуются значительной жесткостью и повышенным содержанием железа, марганца фтора.

Таким образом, различные примеси в природной воде образуют с ней сложные гомогенные и гетерогенные системы.

Состав природных вод оценивают физическими, химическими и санитарно-гигиеническими показателями.

Физические показатели - температура, содержание взвешенных частиц, цветность, запах и привкусы.

Температура подземных вод относительно стабильна в течение года: 8-12єС, а поверхностных вод колеблется по сезонам года в интервале 0,1-30єС; прозрачность и мутность характеризуют наличие в воде взвешенных веществ (частиц песка, глины, ила, планктона, водорослей и т. д.).

Цветность воды обусловлена присутствием в ней органических веществ (гумусовых, дубильных, белковых, углеводородных, жиров, органических кислот, входящих в состав зоо - и фитопланктона вод и являющихся продуктами их метаболизма или распада). Измеряется цветность компараторами в градусах платиново-кобальтовой шкалы.

Привкусы и запахи природных вод могут быть естественного и искусственного происхождения. Различают 4 основных вкуса воды: соленый, горький, сладкий и кислый; их оттенки, складывающиеся из основных вкусовых ощущений, называют привкусами.

К запахам естественного происхождения относятся землистый, рыбный, болотный, гнилостный, сероводородный, ароматический, глинистый, тинистый; искусственного - хлорный, камфорный, аптечный, фенольный, хлорфенольный, аммиачный, запахи нефтепродуктов. Интенсивность запахов оценивается по баллам от 1 (слабый) до 5 (очень сильный).

Химический состав вод характеризуется: ионным составом, жесткостью, щелочностью, окисляемостью, активной реакцией водородных ионов (рН), сухим остатком, общим солесодержанием, содержанием растворенного кислорода, сероводорода, активного хлора, свободной углекислотой.

Солесодержание (минерализацию) воды оценивают по сухому остатку, мг/л; ультрапресные - до 100, пресные - от 100 до 1000, слабосоленые - от 1000 до 5000, рассолы - от 5000 до 30000, ультрарассолы - более 30000.

Ионный состав воды определяют наиболее распространенные анионы и катионы:

Натрий, калий;

Хлориды, сульфаты;

Карбонаты, бикарбонаты (их сумма совместно с гидроксидами и органическими кислотами характеризует щелочность воды);

Кальций и магний (обусловливают жесткость воды);

Железо и марганец (в зависимости от рН и редокс-потенциала могут находится в окисленной и восстановленной формах в виде комплексов, коллоидов дисперсных частиц);

Силикаты присутствуют в органических и неорганических формах;

Соединения фосфора в виде дисперсных частиц органического и минерального происхождения, в виде ионов ортофосфорной кислоты;

Фтор, необходимый в биологическом питании как микроэлемент для предотвращения кариеса или флюороза в концентрации 0,7-1,5 мг-л, содержится в виде аниона или/и комплекса;

Азотосодержащие вещества (ионы аммония, нитриты, нитраты);

Продукты естественных окислительно-восстановительных реакций, а также внесенные с бытовыми, промышленными и дренажными от сельхозугодий, сточными водами, кислотными дождями.

Проверка правильности определения солевого состава проводится по балансу анионов и катионов в воде, выраженных в мг/л.

По рН воды различают:

1 - 3 - кислые, 4 - 6 - слабокислые, 7 - нейтральные, 8 - 10 - слабощелочные, 11 - 14 - щелочные.

Токсические вещества (мышьяк, стронций, бериллий, свинец, ртуть и другие тяжелые металлы), а также радионуклиды в основном являются антропогенными продуктами.

Растворенные в воде газы - кислород, углекислота, сероводород, метан, аммиак - обусловливают запахи и коррозионную активность воды по отношению к трубопроводам и оборудованию.

Окисляемость воды вызывается присутствием органических и некоторых легко окисляемых неорганических примесей (H2S, NH4), характеризуется количеством кислорода (мг/л), необходимого для окисления этих примесей. Различают перманганатную (близкую по существу к БПК) и бихроматную (близкую к ХПК) окисляемость.

Гидробионты, населяющие природные воды, не только участвуют в самоочищении, но влияют на качество вод, особенно после отмирания (так называемый детрит).

Санитарно-бактериологическими показателями качества воды являются коли-индекс, коли-титр, а также общее число содержащихся в воде бактерий (микробное число). Эти показатели являются индикаторами и косвенно характеризуют наличие и возможность развития патогенных организмов. Минимальное количество воды (мл), в котором обнаруживается 1 кишечная палочка (Bacterium Coli Commune), называется коли-титром, а количество их в 1 л - коли-индексом. Микробное число - общее число бактериальных клеток в 1л.

Экологическая безопасность населения - Городское строительство и хозяйство

Похожие статьи