УМП ЭКОЛОГИЯ

Конференция ООН приняла рекомендации о переходе человечества к устойчивому развитию и определила три стратегические задачи, стоящие перед мировым сообществом.

1.Ограничение роста производства и потребления в промышленно развитых странах мира, являющихся одновременно и главными потребителями природных ресурсов и источниками загрязнения окружающей природной среды.

2.Разумное ограничение роста населения, особенно в развивающихся странах Азии и Африки.

3.Предотвращение углубления неравенства между богатыми и бедными странами и регионами.

Итоговым документом указанной конференции явилась «Повестка на XXI век» – программный документ, который содержит около 40 разделов по направлениям деятельности мирового сообщества в области взаимосвязанных проблем окружающей среды и социально-экономического развития и на долгосрочную перспективу с предложениями о путях и средствах достижения поставленных целей. При этом предусмотрено, что развитые страны принимают на себя обязательства довести часть своего национального продукта, выделяемую на экологически целесообразное развитие, до 0,7 %. Те страны, которые находятся в процессе перехода к рыночной экономике (Россия в том числе), будут добровольно участвовать в экономических программах по мере своих возможностей.

Экономическое развитие человечества и защита окружающей среды как сегодня, так и в будущем, должны рассматриваться с позиций единства указанных стратегических целей, а не с позиций конфликтного противостояния. Вследствие этого должны возникнуть и развиваться новые формы социально-экономического развития общества (экоразвитие), новые механизмы соответствующей политики (экополитика), которые в значительно большей мере обеспечивают реализацию системы целей общественного развития, построенной с учетом экологических интересов человечества.

Конечно, вышеприведенные предложения являются далеко не полным отражением содержания и объема предстоящей работы. Сложность и многогранность ее очевидна, так как необходимо достигнуть согласия и единодушия большого числа стран и народов, весьма разных по своему экономическому развитию, образу жизни, национальным и религиозным обычаям.

2.5.2 Рекомендуемая литература

1. Николайкин Н. И. Экология : учебник для вузов / Н. И. Николайкин, Н. Е. Николайкина, О. П. Мелихова. − 4-е изд. испр. и доп.

М. : Дрофа, 2005. − 622 с.

141

2. Степановских А. С. Экология : учебник для вузов / А. С. Степановских. – М. : ЮНИТИ-ДАНА, 2003. − 703 с.

3.Экология : учеб. пособие для вузов / под ред. В. В. Денисова – изд. 3-е, испр. и доп. − М. : МАРТ, 2006. – 768 с.

4.Шилов И. А. Экология : учебник для вузов / И. А. Шилов. − 4 изд. стер. − М. : Высшая школа, 2003. – 512 с.

5.Новиков Ю. В. Экология, окружающая среда и человек : учеб. пособие / Ю. В. Новиков. − М. : ФАИР-ПРЕСС, 2000. − 320 с.

6.Луканин В. Н. Промышленно-транспортная экология : учебник для ВУЗов / В. Н. Луканин. – М .: Высшая школа, 2003. – 273 с.

2.5.3 Вопросы для самопроверки

1.Перечислите парниковые газы.

2.К каким последствиям приведет наступление парникового

эффекта?

3.Чему равен показатель рН дождевой воды?

4.Назовите кислотообразующие оксиды.

5.Назовите существующие международные договоры и программы

врешении глобальных экологических проблем.

6.Дайте определение понятию «биоразнообразия».

7.Перечислите основные альтернативные источники энергии.

8.Назовите основные загрязнители мирового океана.

9.Опишите глобальные экологические последствия наступления ядерной войны.

10.Где проходила конференция по устойчивому развитию?

2.5.4 Практические задания

Задание 1. Методика расчета критерия качества атмосферы промышленного города

Цель работы: овладение методикой расчета категории опасности территории при конвективной и молекулярной диффузии.

Общие положения. В случае, когда на территории исследуемого территориально-производственного комплекса (ТПК) стоит ясная погода, прогноз качества атмосферного воздуха следует проводить с учетом механизмов рассеивания примеси в атмосфере. То есть, изменение опасности территории происходит за счет диффузии примеси в объеме среды во времени (молекулярная диффузия) или за счет конвекции примеси со средой в пространстве. Молекулярную диффузию (штиль), в свою очередь, мы разбиваем на две составляющие: инверсионное движение воздушных масс ( v 0м / с ), как наиболее неблагоприятное погодное условие, и перемещение

142

воздушных масс в результате температурных стратификаций v 0,1 1м / с ). Так как, ветреная погода является наиболее вероятной и благоприятной ситуацией, в первую очередь имеет смысл рассмотреть рассеивание примеси в воздушном пространстве города при конвективной диффузии.

Для оценки способности исследуемой территории к рассеиванию примеси необходимо определить категорию опасности территории, в которую заложен определенный экологический смысл – это емкость приземного слоя атмосферы данной территории по примесям, рассчитанная с учетом кинетики диффузии.

Для ветреной погоды (конвективная диффузия) категория опасности территории, в которой рассеивается примесь при стандартных экологических условиях, рассчитывается по формуле 2.4, которая учитывает скорость ветра:

n	2	2RГ	i	,	(2.4)
КОТ 0,5 RГ			vд t vв t hв / t

i 1

где RГ – радиус территории, м (Приложение В); vд – скорость диффузии, м/с, (0,01 м/с);

t – время протекания процесса, с, (1,1·104с); vв – скорость ветра, м/с, (1 – 10 м/с);

hв – высота приземного слоя атмосферы, м, (100 м);

– степень, соответствующая классу опасности примесей, присутствующих в атмосфере исследуемой территории (определяется по таблице 2.25).

Определение критерия качества атмосферы проводится по формуле 2.5:

	Катм	КОГ	,	(2.5)
		КОТ

где КОГ – категория опасности города, м3/с.

По изменениям критерия качества атмосферы проводится прогноз и картирование территории города по экологическому благополучию городской среды. Это можно сделать при использовании ограничений, предложенных во «Временной методике отнесения территории к зонам экологического неблагополучия» (таблица 2.25).

Таблица 2.25 – Значение критерия качества атмосферы для территории, прилегающей к источнику

	Характеристика	Величина критерия качества атмосферы
	атмосферного воздуха на	минимальная	максимальная
	территории
	Условно чистая	–	< 0,3
	Напряженная	0,3	1
	Критически нагруженная	1	4
	Зона ЧЭС	4	8
	ЗЭБ	> 8	–

143

Задание (определяется по Приложению Б): Рассчитать КОТ (по пяти приоритетным веществам: диоксиду азота, диоксиду серы, оксиду углерода, сероводороду и пыли) и критерий качества атмосферы механизм рассеивания примеси – конвективная диффузия, заполнить таблицу 2.26, построить график зависимости критерия качества атмосферы от скорости ветра при рассеивании примеси по механизму конвективной диффузии и при молекулярной диффузии с заполнением таблицы 2.27 и построением графика зависимости критерия качества атмосферы от продолжительности при рассеивании инверсий воздушных потоков скорости ветра при рассеивании примеси по механизму молекулярной диффузии. Провести ранжирование территории по экологическому неблагополучию согласно таблице 2.25.

R = __________________________. КОГ = ________________________.(NO2) = _____________________.(SO2) = _____________________.

(CO) = ______________________.(H2S) = _____________________.

(пыль) = ____________________.

Таблица 2.26 – Значение категории опасности территории и критерия качества атмосферы для исследуемого ТПК. Механизм рассеивания примеси

– конвективная диффузия

	Скорость ветра, м/с	КОТ, м3/с	Величина Катм	Характеристика
				территории

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Построение графика зависимости критерия качества атмосферы от скорости ветра при рассеивании примеси по механизму конвективной диффузии. Проанализировав график зависимости, сделайте следующие выводы:

1.Какая критическая скорость движения воздушных потоков?

2.При какой скорости ветра происходит процесс накопления

примеси?

3.При какой скорости движения воздушных слоев превалирует рассеивание примеси?

144

Расчет КОТ от продолжительности инверсий воздушных потоков

Для штиля (молекулярная диффузия) категория опасности территории рассчитывается по формуле 5.3, которая учитывает его продолжительность:

n		R	Г	v	t 2	h	i
				д		в
КОТ				t
i 1								(2.6)

где t – продолжительность инверсий (0; 0,5; 1; 3; 6 часов).

Таблица 2.27 – Значения категории опасности территории и критерия качества атмосферы для исследуемого ТПК, при рассеивании примеси по механизму молекулярной диффузии

	Продолжительность	КОТ, м3/с	Величина Катм	Характеристика
	инверсий, час			территории
	0
	0,5
	1
	3
	6

Построение графика зависимости критерия качества атмосферы от продолжительности при рассеивании инверсий воздушных потоков. Проанализировав график зависимости, сделайте следующие выводы:

1.Какое критическое время установления равновесия в системе?

2.В какой период времени накопление примеси преобладает над рассеиванием примеси?

3.Из результатов расчетов сделайте, вывод как качество атмосферы урбанизированной территории изменяется, во времени.

2.5.5 Тестовые задания для контроля знаний

1.Верно ли утверждение.

Потепление климата приведет к наступлению нового ледникового периода.

2.Выберите правильный ответ.

В образовании «парникового эффекта» повинен …

а)	кислород;
б)	озон;
в)	фосфор;
г)	двуокись серы;
	145

д) двуокись углерода.

3.Выберите правильный ответ.

Процесс деградации почв, связанный с неумеренным поливом орошаемых земель в засушливых районах, называется …

а)	эрозия;
б)	дефляция;
в)	опустынивание;
г)	засоление;
д)	заболачивание.

4.Выберите правильный ответ.

Бактериальные средства (бактерии, вирусы и др.), яды (токсины), предназначенные для массового поражения людей называют …

а) химическое оружие; б) биологическое оружие;

в) боевые отравляющие вещества; г) ядерное оружие.

5. Выберите правильный ответ. Показатель рН дождевой воды равен …

а)	4,5;
б)	5,0;
в)	5,6;
г)	7,0;
д)	8,0.

146

2.6 Тема Экозащитная техника и технологии

2.6.1 Теоретические аспекты темы

1.Очистка газообразных промышленных выбросов от пылей.

2.Улавливание газообразных примесей из технологических

выбросов.

3.Механические и химические методы очистки сточных вод.

4.Физико-химические, биологические и термические методы очистки сточных вод.

5.Отходы производства и отходы потребления. Полигоны для твердых бытовых отходов.

6.Компостирование твердых отходов. Сжигание твердых отходов. Получение биогаза.

7.Вторичное сырье. Методы переработки вторичного сырья. Организация безотходных (малоотходных) производств.

1 Очистка газообразных промышленных выбросов от пылей

Принцип улавливания основан на отделении взвешенных частиц от воздушных потоков за счет сил тяжести, инерции или центробежных сил. По конструкции это пылеосадительные камеры и циклоны.

Весьма простыми устройствами являются пылеосадительные камеры, в которых за счет увеличения сечения воздуховода скорость пылевого потока резко падает, вследствие чего частицы пыли выпадают под действием сил тяжести. Пылеосадительные камеры (рисунок 2.6) используют для очистки от крупных частиц пыли и применяют в основном для предварительной очистки воздуха. Эффективность улавливания в пылеосадительных камерах зависит от времени пребывания газов в камере и расстояния, проходимого частицами под действием гравитационных сил. В свою очередь, время пребывания газов зависит от объема камеры и скорости потока.

Р и с у н о к 2 . 6 – Пылеосадительная камера: 1 – входной патрубок, 2

– корпус, 3 – выходной патрубок, 4 – шлак.

147

Эффективными пылеуловителями являются инерционные аппараты, в которых пылевой поток резко изменяет направление своего движения, что способствует выпадению частиц пыли. К ним относятся аппараты, в которых действие удара о препятствие используется в большей степени, чем инерция. Широко распространенными инерционными пылеуловителями являются циклоны. В них частицы пыли движутся вместе с вращающимся газовым потоком и под воздействием центробежных сил оседают на стенках. Циклоны широко применяются для улавливания частиц размерами около 10 мкм. По конструкции циклоны подразделяются на циклические, конические и прямоточные. Циклический циклон (рисунок 2.7) состоит из двух цилиндров: наружного, к которому в верхней части по касательной подсоединен патрубок, а в нижней части — конус и пылесборник (бункер), и внутреннего, к которому в верхней части подсоединяется труба, отводящая очищенный воздух. Запыленный воздух поступает в циклон через патрубок по касательной к внутренней поверхности корпуса, где совершается нисходящее спиралеобразное движение вдоль корпуса к бункеру. Под действием центробежной силы частицы пыли прижимаются к внутренним стенкам наружного цилиндра и скатываются в пылесборник. В бункере поток воздуха меняет направление на 1800, теряет скорость, вследствие чего происходит выпадение частиц пыли из потока. Освободившись от пыли, газовый поток образует вихрь, выходит из бункера и выбрасывается через выхлопную трубу.

Рисунок 2.7 – Циклон: 1 – газ на очистку, 2 – шлак.

В ряде случаев для очистки газового потока от взвесей применяют фильтры, в которых газовый поток проходит через волокно (фильтрующий материал), при этом частицы, обладающие инерцией, сталкиваются с ним и

148

захватываются. Весьма эффективные тканевые и волокнистые фильтры изготавливают из очень тонких (5 – 10 мкм) стеклянных или асбестовых волокон или синтетических материалов. С течением времени на волокне образуется слой пыли, который удаляется встряхиванием или обратной продувкой.

По типу перегородки фильтры свободно насыпанные зернистые материалы, псевдосжиженные слои); с гибкими пористыми перегородками (ткани, войлоки, волокнистые маты, губчатая резина, пенополиуретан и др.); с полужесткими пористыми перегородками (вязаные и тканые сетки, прессованные спирали и др.); с жесткими пористыми перегородками (пористая керамика, пористые металлы и др.).

Аппараты мокрой очистки газов – мокрые пылеуловители – имеют широкое распространение, так как характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсных пылей с диаметром частиц более 0,3 мкм, а также возможностью очистки от пыли нагретых и взрывоопасных газов. Однако мокрые пылеуловители обладают рядом недостатков, ограничивающих рядом их применения: образование в процессе очистки шлама, что требует специальных систем для его переработки; вынос влаги в атмосферу и образование отложений в отводящих газоходах при охлаждении газов до температуры точки росы; необходимость создания оборотных систем подачи воды в пылеуловитель.

Аппараты мокрой очистки работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность либо капель, либо пленки жидкости. Осаждение частиц пыли на жидкость происходит под действием сил инерции и броуновского движения

Среди аппаратов мокрой очистки с осаждением частиц пыли на поверхность капель на практике более применимы скрубберы Вентури (рисунок 2.8). Основная часть скруббера – сопло Вентури 2. В его конфузорную часть подводится запыленный поток газа и через центробежные форсунки 1 жидкость на орошение. В конфузорной части сопла происходит разгон газа от входной скорости 15 – 20 м/с до скорости в узком сечении сопла 80 – 200 м/с и более. Процесс осаждения пыли на капли жидкости обусловлен массой жидкости, развитой поверхностью капель и высокой относительной скоростью частиц жидкости и пыли в конфузорной части сопла. Эффективность очистки в значительной степени зависит от равномерности распределения жидкости по сечению конфузорной части сопла. В диффузорной части сопла поток тормозится до скорости 15 – 20 м/с и подается в каплеуловитель 3. Каплеуловитель обычно выполняют в виде прямоточного циклона.

Скрубберы Вентури обеспечивают высокую эффективность очистки аэрозолей при начальной концентрации примесей до 100 г/м3. Скрубберы Вентури широко используют в системах очистки газов от туманов. Эффективность очистки воздуха от тумана со средним размером частиц

149

более 0,3 мкм достигает 0,999, что вполне сравнимо с высокоэффективными фильтрами.

Р и с у н о к 2 . 8 – Скруббер Вентури: 1 – форсунки, 2 – сопло Вентури, 3 – каплеуловитель.

К мокрым пылеуловителям относят барботажно-пенные пылеуловители с переливной решеткой (рисунок 2.9). В таких аппаратах газ на очистку поступает под решетку 3, проходит через отверстия в решетке и, барботируя через слой жидкости и пены 2, очищается от пыли путем осаждения частиц на внутренней поверхности газовых пузырей. Режим работы аппаратов зависит от скорости подачи воздуха под решетку. При скорости до 1 м/с наблюдается барботажный режим работы аппарата. Дальнейший рост скорости газа в корпусе 1 аппарата до 2 – 2,5 м/с сопровождается возникновением пенного слоя над жидкостью, что приводит к повышению эффективности очистки газа и брызгоуноса из аппарата. Современные барботажно-пенные аппараты обеспечивают эффективность очистки газа от мелкодисперной пыли 0,95 – 0,96 при удельных расходах воды 0,4 – 0,5 л/м3.

150