стр.экология

Экология, как наука, базируется на различных направлениях биологии (физиология, генетика, биофизика). А также связана и с небиологическими науками (физика, химия, геология, география, математика и др.).

Экологию разделяют на аутоэкологию и синэкологию. Аутоэкология изучает взаимодействие со средой отдельной особи.

Синэкология – это комплексное изучение групп организмов, составляющих определенные единства.

Кроме того, экология классифицируется по конкретным объектам и средам исследования. Например, выделяют экологию человека и животных, экологию растений, экологию микроорганизмов.

Всвязи с этим существуют различные разделы экологии:

-глобальная экология (экология в применении к биосфере Земли),

-геоэкология,

-химическая экология,

-математическая экология и др.

БИОСФЕРА

Биосфера (от био... и сфера), оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой в существенных чертах обусловлены прошлой или современной деятельностью живых организмов.

Б. охватывает часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, которые взаимосвязаны сложными биогеохимическими циклами миграции веществ и энергии

В 20—30-х гг. 20 в. советский учёный В. И. Вернадский создал учение о биосфере. Идеи В. И. Вернадского оказали огромное влияние на экологическое мышление в мире; особенно актуальными они стали в связи с возросшей угрозой глобальных нарушений в биосфере, вызванных деятельностью человека.

[Вернадский Владимир Иванович ученый естествоиспытатель, минералог и кристаллограф, основоположник геохимии, биогеохимии, радиогеологии и учения о биосфере]

По Вернадскому, вещество Б. состоит из семи разнообразных, но геологически взаимосвязанных частей:

1.живое вещество;

2.биогенное вещество;

3.косное вещество;

4.биокосное вещество;

5.радиоактивное вещество;

6.рассеянные атомы;

7.вещество космического происхождения.

Вернадский ввел такое понятие, как ноосфера:

Ноосфера (от греч. nóos — разум и сфера), сфера взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором развития (для обозначения этой сферы употребляют также сходные термины: техносфера, антропосфера, социосфера).

Основные термины и определения

В соответствии с Законом РФ «Об охране окружающей среды» на практике широко используются следующие экологические термины и понятия:

окружающая среда - совокупность компонентов природной среды, природных, природно-антропогенных и антропогенных объектов;

компоненты природной окружающей среды - земля, недра, почвы, поверхност-

ные и подземные воды, атмосферный воздух, растительный, животный мир, а также озоновый слой атмосферы и околоземное космическое пространство, обеспечивающие в совокупности благоприятные условия для существования жизни на Земле;

природный объект - естественная экологическая система, природный ландшафт и составляющие их элементы, сохранившие свои природные свойства;

природно-антропогенный объект - природный объект, измененный в результате хозяйственной деятельности, или объект, созданный человеком и обладающий свойствами природного объекта;

антропогенный объект - объект, созданный человеком для обеспечения его социальных потребностей и не обладающий свойствами природных объектов;

естественная экологическая система - часть природной среды, которая имеет пространственно-территориальные границы и в которой живые и неживые ее элементы взаимодействуют как единое целое и связаны между собой обменом веществом и энергией;

природный ландшафт - территория, которая не подверглась изменению в результате хозяйственной и характеризуется сочетанием определенных типов рельефа местности, почв, растительности, сформированных в единых климатических условиях;

качество окружающей среды - состояние окружающей среды, которое характеризуется физическими, химическими, биологическими и иными показателями или их совокупностью;

загрязнение окружающей среды - поступление в окружающую среду вещества или энергии, свойства, местоположение или количество которых оказывают негативное воздействие на окружающую среду;

загрязняющее вещество - вещество или смесь веществ, количество и концентрация которых превышают установленные для химических веществ, в том числе радиоактивных, иных веществ и микроорганизмов нормативы и оказывают негативное воздействие на окружающую среду;

нормативы в области охраны окружающей среды - установленные нормативы качества окружающей среды и нормативы допустимого воздействия на нее, при соблюдении которых обеспечивается устойчивое функционирование естественных экологических систем и сохраняется биологическое разнообразие;

лимиты на выбросы и сбросы загрязняющих веществ - ограничения выбросов и сбросов загрязняющих веществ в окружающую среду, установленные на период проведения мероприятий по охране окружающей среды, в том числе внед-

рения наилучших существующих технологий, в целях достижения нормативов

в области охраны окружающей среды;

оценка воздействия на окружающую среду - вид деятельности по выявлению,

анализу и учету прямых, косвенных и иных последствий воздействия на окружающую среду планируемой хозяйственной деятельности в целях принятия решения о возможности или невозможности ее осуществления;

мониторинг окружающей среды (экологический мониторинг) - комплексная система наблюдений за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов;

экологический аудит - независимая, комплексная, документированная оценка соблюдения субъектом хозяйственной деятельности требований, в том числе нормативов и нормативных документов, в области охраны окружающей среды, требований международных стандартов и подготовка рекомендаций по улучшению такой деятельности;

вред окружающей среде - негативное изменение окружающей среды в результате ее загрязнения, повлекшее за собой деградацию естественных экологических систем и истощение природных ресурсов;

экологический риск - вероятность наступления события, имеющего неблагоприятные последствия для природной среды и вызванного негативным воздействием хозяйственной деятельности, чрезвычайными ситуациями природного и техногенного характера;

экологическая безопасность - состояние защищенности природной среды и жизненно важных интересов человека от возможного негативного воздействия хозяйственной деятельности, чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, их последствий.

Всоответствии с законом Российской Федерации "Об охране окружающей при-

родной среды" при проектировании, строительстве, реконструкции и эксплуатации предприятий, зданий и сооружений должны предусматриваться мероприятия по охране природы, рациональному использованию и воспроизводству природных ресурсов, а также выполняться требования экологической безопасности проектируемых объектов и охраны здоровья населения.

Кроме этого, в соответствии с требованиями СНиП 11-01-95 (Инструкция о по-

рядке разработки, согласования, утверждения и составе проектной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений) в составе каждого проекта должен разраба-

тываться раздел "Охрана окружающей среды".

При разработке этого раздела следует выполнять:

1.оценку современного состояния природной среды и уровня техногенной нагрузки района размещения объекта;

2.определение уровня воздействия объекта на окружающую природную среду при различных вариантах реализации проекта;

3.оценку изменений природной среды в результате планируемого воздействия;

4.оценку последствий воздействия объекта на окружающую среду, социальнобытовые и хозяйственные условия жизни населения;

5.определение экологического ущерба;

6.разработку мероприятий по предотвращению или снижению возможных неблагоприятных воздействий на окружающую среду;

7.разработку мероприятий по организации мониторинга за состоянием окружающей природной среды.

Процессы в атмосфере и защита воздушной среды

Строение атмосферы Атмосфера – газовая оболочка Земли. Она имеет слоистое строение и состоит

из нескольких сфер [рис].

1. Тропосфера – нижний, основной слой атмосферы, прилегающий к земной поверхности. Толщина тропосферы в средних широтах составляет 10-12 км, на полюсах – 8-10 км, над экватором – 16-18 км. Масса тропосферы составляет до 80 массы всей атмосферы. В тропосфере возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. В тропосфере содержится почти весь водяной пар.

2.Стратосфера – слой атмосферы, располагается на высоте от 11 до 50 км от поверхности Земли. Именно в стратосфере располагается «озоновый слой» (на высоте от 15–20 до 55–60 км), который определяет верхний предел жизни в биосфере. Раньше границей атмосферы считалась стратосфера, далее – космическое пространство. «До космоса не так уж и далеко – всего полчаса езды на автомобиле!»

3.Мезосфера – слой атмосферы на высотах от 40—50 до 80—90 км. Метеоры начинают светиться и, как правило, полностью сгорают в мезосфере. В мезосфере могут появляться серебристые облака

4.Термосфера (ионосфера) – самый мощный слой атмосферы, следующий за мезосферой, — начинается на высоте 80–90 км и простирается до 800 км.

5.Экзосфера – наиболее удалена от Земли (500-800 км). Из экзосферы происходит утечка атомов водорода и гелия в космическое пространство. Выше 600 км в атмосфере начинает преобладать гелий. «Гелиевая корона» Земли находится на высо-

те 1600-3000 км.

Критерии качества атмосферного воздуха Чистый и сухой атмосферный воздух представляет собой смесь нескольких га-

зов (по объему): азота (78,08%), кислорода (20,95%), аргона (0,93%), углекислого газа (0,03%). Другие газы - 0,01% общего объема.

В атмосферном воздухе имеются физические примеси: пыль, дым, сажа, различные органические частицы (споры, пыльца, микроорганизмы). Поступающие в атмосферу вещества в результате жизнедеятельности человека являются для воздуха загрязняющими веществами.

На восприимчивость или устойчивость биосферы к загрязнению определяющее влияние оказывает концентрация загрязняющих веществ С, мг/м3. Критерием качества воздушного бассейна является предельно допустимая концентрация ПДК, мг/м3.

ПДК - это максимальная концентрация примеси в атмосфере, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает на него вредного воздействия, включая отдаленные последствия.

По степени воздействия на организм человека загрязняющие вещества подразделяются на 4 класса:

1.– чрезвычайно опасные (ПДК < 0,1 мг/м3);

2.– высоко опасные (ПДК = 0,1 1,0 мг/м3);

3.– умеренно опасные (ПДК = 1 10 мг/м3);

4.– мало опасные (ПДК > 10 мг/м3).

Классификация загрязняющих атмосферу веществ

Все загрязняющие атмосферу вещества классифицируют по ряду признаков. По агрегатному состоянию выделяют 4 группы загрязняющих веществ: твер-

дые, жидкие, газообразные и смешанные.

По организации отвода и контроля выбросы разделяют на организованные и неорганизованные. Организованный выброс поступает в атмосферу через специальные сооружения: газоходы, воздуховоды, трубы. Неорганизованным считают выброс, поступающий в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа, в результате нарушения герметичности оборудования.

По режиму отвода различают непрерывные и периодические выбросы вредных веществ.

По температуре выбрасываемой газовоздушной смеси они бывают нагретыми, температура которых больше температуры воздуха, и холодными.

По признакам очистки различают следующие группы загрязняющих веществ:

выбрасываемые без очистки; они могу быть как организованные так и неорганизованные;

выбрасываемые после очистки (организованные).

При этом под очисткой газа понимают отделение от газа или превращение в

безвредное состояние загрязняющего вещества, поступающего от промышленного источника.

По степени преобразования различают промышленные выбросы первичные и вторичные. Под первичными понимают выбросы исходящие непосредственно от источников. Вторичные выбросы это продукт преобразования первичных в результате их фотохимического окисления.

Роль климатических факторов в загрязнении атмосферы

Загрязнение атмосферы это сложный природно-промышленный процесс, связанный с поступлением и рассеиванием загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы.

Значительную роль в этом процессе играют метеоусловия в месте расположения источника загрязнения:

1.скорость и направление ветра,

2.температурная стратификация (распределение температуры воздуха по высоте),

3.температура воздуха в момент выброса,

4.осадки.

Вобщем случае ветер в момент выброса может играть как положительную, так

иотрицательную роль в загрязнении атмосферы. Достаточная скорость ветра способствует хорошему рассеиванию вредных веществ, отсутствие ветра может привести к застойным явлениям и накоплению вредных веществ в воздухе. Однако при всех прочих равных условиях существует опасная скорость ветра, при которой в приземном слое атмосферы возникают максимальные концентрации вредных веществ. Такая скорость определяется только параметрами источника выброса и газовоздушной смеси.

Взависимости от расположения источника выброса по отношению к жилому массиву существует понятие “опасное направление ветра” - это направление от источника выброса на жилой массив. При нескольких источниках выброса и расположении жилого массива вокруг предприятия, за опасное принимается направление ветра, при котором происходит наложение факелов выброса наиболее мощных источников загрязнения.

Врасчетах рассеивания загрязняющих веществ температурная стратификация атмосферы учитывается коэффициентом А, который устанавливается в зависимости от места расположения источника загрязнения:

Иногда температура воздуха в приземном слое атмосферы не уменьшается, а возрастает с высотой. Это состояние атмосферы называют температурной инверсией, возникновению которой способствуют штили, туманы, низкая облачность. Инверсионный слой на границе теплого и холодного воздуха создает препятствие рассеива-

нию загрязняющих веществ. Длительные состояния инверсии могут привести к катастрофическим последствиям.

Температура атмосферы и температура газовоздушной смеси играют важную роль в процессах рассеивания загрязняющих веществ. При расчете определяют разность температур Т=Тг-Тв, где Тг - температура выбрасываемой газовоздушной смеси,

Тв - температура атмосферного воздуха (принимается равной средней температуре наиболее теплого месяца.

Если Т 0, то выброс считают холодным, при Т > 0 газовоздушная смесь считается нагретой. Холодные выбросы рассеиваются в атмосфере хуже, поэтому, чем теплее атмосферный воздух, тем больше приземная концентрация загрязняющих веществ.

Осадки играют положительную роль в самоочищении атмосферы, однако с ними связано такое явление, как «кислотные дожди». Осадки в виде дождя или снега имеют кислую реакцию (pH = 5.5 6). Избыточную кислотность они могут получить из-за присутствия оксидов серы и азота. Щелочная реакция осадков может объясняться, если в атмосфере скапливается большое количество известняковой или сланцевой пыли.

Процессы, происходящие в атмосфере, играют активную роль в рассеивании загрязняющих веществ и определяют их концентрацию в приземном слое. Максимальная концентрация возникает при опасной скорости ветра, устойчивом состоянии атмосферы и максимальной температуре воздуха в момент выброса.

Защита от загрязнения атмосферного воздуха

Для улавливания и отделения взвешенных частиц от газа применяются пылеуловители, которые подразделяются по принципу действия:

1.механические обеспыливающие устройства (пыль отделяется под действием силы тяжести, сил инерции или под действием центробежных сил);

2.гидравлические обеспыливатели (твердые частицы в газообразной среде улавливаются жидкостью);

3.обеспыливающие устройства с пористым фильтрующим слоем (фильтры);

4.электрофильтры (частицы осаждаются за счет ионизации).

Механические устройства Гравитационные обеспыливающие устройства – в них основным элементом является

пылеосадительная камера, в которой пыль выпадает под действием силы тяжести за счет резкого уменьшения скорости пылевого потока. Они применяются только для предварительной очистки, особенно при высокой начальной концентрации пыли.

Инерционные пылеуловители (жалюзийные) [рис]. Принцип их действия основан на резком изменении направления движения пылевого потока. В жалюзийном пылеуловителе при повышении скорости подачи газов степень улавливания пыли вначале быстро растет, но при скорости более 10 м/с этот рост замедляется.

Достоинствами жалюзийных пылеуловителей являются простота конструкций и небольшая стоимость. Недостатки - сложность очистки и интенсивность износа пластин, цементация пылевых частиц на перегородках.

Центробежные обеспыливающие устройства (циклоны) [рис] (обозначения: 1- корпус, 2- входная труба, 3- выходная труба, 4- бункер). Принцип их действия основан на действии центробежной силы на частицу, которая отбрасывается к стенкам циклона, теряет скорость

ивыпадает из потока.

Кдостоинствам сухих циклонов относится простота конструкции устройства, сравнительно небольшая стоимость, высокая эффективность очистки. Недостатком является вторичный унос газом частиц пыли из нижней части циклона.

Мокрые пылеуловители Для предотвращения вторичного уноса пыли применяют мокрые пылеуловители. В

зависимости от формы контакта газовой среды и жидкой среды способы мокрой очистки можно разделить на 3 вида:

1.улавливание в объеме (слое) жидкости;

2.улавливание пленками жидкости;

3.улавливание распыленной жидкостью в объеме газа.

Сравнительно простой конструкцией пылеуловителя, в которой запыленный поток проходит ряд сечений, снабженных оросительной системой, являются скрубберы (третья схема улавливания). Разработано несколько пылеуловителей типа Вентури, в которых запыленный газ очищается распыленной водой [рис] (обозначения: 1- центробежные форсунки, 2- сопло Вентури, 3- каплеуловитель). Достоинствами скрубберов являются: возможность работать на оборотной воде, высокую эффективность очистки (более 90% при размерах частиц менее 1 мкм).

Разновидностью мокрых пылеуловителей являются конденсационные установки, удаляющие пыль из потока газа, насыщенного водой. Принцип действия основан на быстром снижении давления газа, приводящем к испарению воды. Вследствие этого, часть водяного пара конденсируется на витающих пылинках, которые служат центрами конденсации. Далее эти пылинки могут быть легко отделены от газа, например, в циклоне.

Вода в мокрых аппаратах при соприкосновении с некоторыми видами пыли может менять свои химические свойства и, попадая в водоемы, являться причиной их загрязнения.

Фильтры Для тонкой очистки газов используют тканевые фильтры, которые работают на ис-

пользовании сил инерции, адгезии и диффузии электрических сил. Эффективность очистки в зависимости от свойств газопылевой смеси достигает 99,9%.

Основным недостатком тканевых фильтров является образование с течением времени слоя осевшей пыли на поверхности фильтровального материала, что приводит к увеличению аэродинамического сопротивления, снижающего пропускную способность фильтров.

Регенерацию (восстановление) фильтровальной поверхности осуществляют путем продувки фильтровального материала. Кроме того, тканевые фильтры металлоемки и работают при температуре газовоздушной смеси не выше 2000С.

Электрические фильтры Электрофильтры являются эффективными аппаратами для улавливания пыли, для

очистки дымовых газов от сажи и от золы-уноса [рис] (обозначения: 1- коронирующий электрод, 2- осадительный электрод, 3- силовые линии напряженности, 4- выпрямитель тока).

При подаче высокого напряжения на электроды возникает разряд, вызывающий направленное движение частиц пыли к осадительным электродам. Осажденная пыль удаляется с электродов либо встряхиванием, либо смывом.

Преимуществами электрофильтров являются возможность получения любой степени очистки (до 99%), надежная работа при любом атмосферном давлении, незначительный расход электроэнергии, возможность работать при высоких температурах и в химически агрессивных средах, полная автоматизация работы.

К недостаткам электрофильтров относится их высокая стоимость, относительно большие размеры, необходимость высококвалифицированного обслуживания.

Способы очистки и снижения токсичности газовых выбросов

Для очистки газовых выбросов от токсичных газов применяют способы абсорбции, адсорбции, каталитический и термический.

Абсорбция Способ абсорбция основан на переходе поглощенного вещества с поверхности аб-

сорбента (поглотителя) в его объем с образованием раствора. Принцип действия абсорберов заключается в том, что загрязненная газовая смесь двигается снизу вверх сквозь слой жидкого абсорбента, стекающего навстречу газовому потоку.

В качестве абсорбента в промышленности используют воду (для очистки от аммиака, хлористого или фтористого водорода) или вязкие масла (для удаления углеводородов). В зависимости от конструктивного исполнения абсорберы бывают пленочные, насадочные, трубчатые и др.

Адсорбция В адсорберах очищаемый поток пронизывает слой адсорбента (обычно это зернистое

вещество с развитой удельной поверхностью). При этом вредные газы и пары связываются адсорбентом и выделяются из него. В качестве адсорбентов применяют активный уголь, активированный глинозем, активированный оксид алюминия, молекулярные сита.

Широкое распространение получил активированный уголь. Это мелкопористый порошкообразный или зернистый продукт обугливания древесины и некоторых органических полимеров, обработанный водяным паром или углекислым газом. Активированный уголь применяется для очистки газов от органических паров, удаления неприятных запахов и газообразных примесей, содержащихся в промышленных выбросах.

Окисление Окисление - способ очистки газов и органических соединений от вредных газообраз-

ных веществ, в том числе, обладающих запахами.

Если концентрация примесей в газах постоянна и превышает пределы воспламенения, применяют дожигающие газовые горелки, при низких концентрациях вредных веществ используют каталитическое окисление.

Каталитическим способом превращают токсичные компоненты газовых выбросов в безвредные или менее вредные вещества за счет введения в систему катализаторов. Катализаторы - это вещества, взаимодействующие с удаляемыми веществами с образованием промежуточных веществ. Катализаторами могут быть металлы и их соединения (платина и металлы платинового ряда, оксиды меди, марганца, ванадиевые сплавы и прочие).

Нормативные показатели качества окружающей среды

Существуют две основные группы нормативных показателей качества окружающей среды: санитарно-гигиенические и производственно-хозяйственные.

К санитарно-гигиеническим показателям качества окружающей среды, которые используются при проектировании, прежде всего, относятся ПДК – предельно допустимые концентрации вредных веществ в единице объема воздуха, воды или другой жидкости, превышение которых приводит к негативным последствиям для здоровья человека.

ПДК подразделяется следующим образом:

ПДК для атмосферного воздуха:

ПДКм.р. (максимальная разовая концентрация) - характеризует разовое, единовременное воздействие источника на организм человека, к которому он более устойчив, чем к хроническому воздействию;

ПДКр.з. (концентрация рабочей зоны) - рассчитывается на работоспособную часть населения, когда воздействие источников приходится на определенные часы работы;

ПДКс.с. (среднесуточная концентрация) - характеризует хроническое воздей-

ствие на все группы населения в целом.

Приведенные выше нормативы ПДК между собой связаны следующим неравен-

ством: ПДКм.р. > ПДКр.з. > ПДКс.с..

При наличии в атмосферном воздухе нескольких вредных веществ, обладающих суммацией действия (усиливающих вредное влияние друг друга), расчет допустимого содержания веществ проводится по формуле:

	С1		С2	...	Сn	1	(1)
	ПДК1		ПДК2		ПДКn

где С1, С2, …, Сn – фактические концентрации веществ в атмосфере; ПДК1, ПДК2, … ПДКn – соответствующие ПДК для этих веществ.

ПДК для водоемов и водотоков:

ПДКр.в. – для рыбохозяйственных водоемов;

ПДКх.б. – для хозяйственно-бытовых водоемов.

При отсутствии значений ПДК временно устанавливаются величины ориенти-

ровочно допустимых уровней нормированных веществ (ОДУ).