Курс лекций по экологии Машуков Никитин

На территории предприятий норма содержания примесей принимается на уровне 0,3 ПДКрз, что связано с использованием воздуха территории предприятия для вентиляции производственных помещений, где концентрация ЗВ может превышать ПДКрз.

Наряду с ПДК существуют временно допустимые концентрации

(ВДК), или ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ) – временные гигиенические нормативы для загрязняющих атмосферу веществ, установленные расчетным методом для целей проектирования промышленных объектов.

Предельно-допустимый выброс (ПДВ) – масса загрязняющих веществ, выброшенная в воздушный бассейн в единицу времени, которая не создает в приземном пространстве уровень загрязнения выше, чем ПДК. ПДВ устанавливаются для каждого источника выбросов и для предприятия в целом по каждому ингредиенту. При невозможности достижения ПДВ аналогично разрабатываются нормативы (лимиты) временносогласованного выброса (ВСВ). Единицы измерения ПДВ и ВСВ – т/год.

	2.5. Рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере
Рассеивание выбросов организованного высокого источника
(например, котельной) показано на рис. 2.
С
б			Сх
а
1	2	3	4	х
Рис. 2. Распределение концентрации вредных веществ в атмосфере от
	организованного высокого источника выбросов

а – источник выбросов, б – дымовой факел

Зоны загрязнения: 1 – зона неорганизованного загрязнения, 2 – зона переброса факела, 3 − зона задымления, 4 − зона постепенного снижения уровня загрязнения.

С – концентрация ЗВ, х – расстояние от источника

Максимальное значение приземной концентрации ЗВ, выбрасываемого из горячего источника, мг/м3, определяется по формуле

Сm

=

A M

F m n

,

(1)

H2

3 V T

1

где Н – высота источника (трубы);

М – мощность выбросов (расходы выбрасываемого ЗВ), г/с;

А − коэффициент, зависящий от климатической зоны;

V1 – объем выбрасываемых газов, м3/с;

Т – разность температур отходящих газов и атмосферного воздуха,

°С;

F, m, n – коэффициенты, зависящие от скорости газохода и

температуры отходящих газов.

Для холодных выбросов ( Т ≈ 0) используется формула

Сm =

A M F m n К

,

(2)

H4 / 3

где

К – коэффициент, зависящий от скорости газохода.

Масса ПДВ, г/с, рассчитывается в зависимости от ПДК и фоновой

концентрации Сф ЗВ, мг/м3, по формулам

для нагретых выбросов

(ПДК − С

ф

)

H2 3

V

T

ПДВ =

1

;

(3)

A

F m n

для холодных выбросов

(ПДК − С

ф

) 8H4 / 3 8V

ПДВ =

1

,

(4)

A

F n D

где

D − диаметр устья трубы, м.

Расстояние от источника выбросов, м, на котором приземная концентрация ЗВ достигает максимального значения, определяется по формуле:

Хм = ((5−F)/4) d H,

(5)

где d – безразмерный коэффициент, зависящий от объема вбрасываемых газов.

Санитарно-защитные зоны. Для защиты территорий населенных пунктов от воздействия выбрасываемых в атмосферу ЗВ необходимо отделять предприятия свободными территориями – санитарно-защитными зонами (СЗЗ).

С 1981 г. расчет СЗЗ регламентируется государственным стандартом. Каждое предприятие, имеющее источники выбросов должно иметь СЗЗ. Предприятия подразделяются на 5 классов опасности, в зависимости от которых устанавливается нормативная ширина СЗЗ. Минимальные протяженности СЗЗ для предприятий всех классов опасности приведены в табл. 4.

Таблица 4

Минимальные протяженности СЗЗ для предприятий

Класс опасности предприятия	Минимальная протяженность СЗЗ, м
I	1000
II	500
III	300
IV	100
V	50

При установлении протяженности СЗЗ учитываются господствующие направления ветров, т.е. она может в зависимости от розы ветров иметь различную протяженность в разных направлениях, но в любом случае – не ниже нормативной.

2.6. Основные направления атмосфероохранных мероприятий

Стационарные источники. Поскольку на железнодорожном транспорте около 90 % загрязнения атмосферы стационарными источниками приходится на долю котельных [30], практически все

атмосфероохранные мероприятия направлены на снижение их выбросов. Такие мероприятия проводятся по следующим направлениям:

-перевод котельных на газообразное топливо или на электроотопление;

-закрытие малодеятельных котельных и подключение предприятий к централизованному теплоснабжению от другой котельной или ТЭЦ;

-установка газоочистного оборудования (обычно циклонов);

-очистка топлива от элементов, образующих при сжигании загрязняющие вещества;

-оптимизация процесса сжигания топлива;

-регулирование рассеивания загрязнителей в атмосфере с помощью изменения высоты дымовых труб.

Передвижные источники. Основным мероприятием по снижению загрязнения атмосферы от передвижных источников, основную массу которых составляют тепловозы, является создание пунктов экологического контроля (ПЭК), где производятся не только замеры выбросов ЗВ, но и регулировка дизелей. Внедрение ПЭК позволяет уменьшить платежи за выбросы тепловозов по депо в 2–4 раза, при этом расчет платежей должен производиться по фактическому количеству выбросов, а не по видам топлива. В настоящее время на ПЭК при отделениях дорог осуществляется контроль не только тепловозов, но и моторно-рельсового транспорта и путевой техники.

Лекция 3 АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ГИДРОСФЕРУ

3.1. Общие характеристики гидросферы

Гидросфера – водная оболочка Земли, располагающаяся между атмосферой и литосферой и представляющая собой совокупность океанов, морей, рек, озер, болот, подземных вод и водяного пара атмосферы.

Вприроде вода находится в твердом (лед), жидком (собственно вода)

игазообразном (водяной пар) состоянии. Вода Мирового океана покрывает около 70 % поверхности планеты, ледники занимают около 10 % суши.

Россия находится на втором месте по запасам пресной воды (после Бразилии). Эти запасы распределены по территории страны неравномерно: наименьшее их количество – в юго-западных районах, максимальное – в Восточной Сибири. В Байкале сосредоточено 26 % мировых запасов

пресной воды [9].

Потребность человека в пресной воде на 80 % удовлетворяется за счет стока рек, однако, как показывают прогнозы, в будущем этого ресурса

будет недостаточно. Этот недостаток может быть восполнен опресненной морской водой и водами ледников.

Подземные воды составляют около 20 % общего запаса пресной воды гидросферы, однако их использование затрудняется тем, что воды, залегающие близко к поверхности (2–3 м), обычно загрязнены, а более чистые глубинные воды труднодоступны.

Самоочищение в водоемах. Факторы, обеспечивающие самоочищение водоемов, подразделяются на три группы: физические, химические и биологические. Основными физическими факторами являются разбавление, растворение и перемешивание поступающих загрязнений. Ультрафиолетовое излучение способствует обеззараживанию воды, убивая болезнетворных микробов. Однако процессы самоочищения в водоемах протекают значительно медленнее, чем в атмосфере.

Характеристика антропогенного водопотребления. Крупнейший потребитель воды – сельское хозяйство, на втором месте стоит промышленность. В табл. 5 приведены расходы воды на производство некоторых видов сельскохозяйственной и промышленной продукции.

	Таблица 5
Расходы воды на производство продукции
Продукция	Расход воды, м3/т продукции
Сельскохозяйственная продукция:
пшеница	1 500
рис	7 000
хлопок	10 000
Промышленная продукция:
сталь, чугун	15…20
серная кислота	25…80
азотная кислота	80…180
шерсть	400
синтетическое волокно	500
пластмассы	500…1000
синтетический каучук	2000…3000

В масштабах планеты промышленность (без энергетики) потребляет ежегодно 215 км3 воды, энергетика – 240 км3. Безвозвратное

водопотребление составляет 150 км3/год, т.е. около 1 % устойчивого стока пресных вод.

Рост населения Земли ведет к увеличению водопотребления, которое, как ожидается, в XXI веке будет ежегодно возрастать на 3 %. Уже сегодня нехватку воды испытывает треть населения планеты – около 2 млрд чел., при этом происходит постоянное сокращение источников воды вследствие

еезагрязнения.

3.2.Источники и последствия загрязнения гидросферы

Из всех отраслей промышленности на первом месте по сбросу загрязненных стоков находится деревообрабатывающая (включая целлюлозно-бумажную) промышленность (около 22 % всех сбросов), на втором месте – химическая промышленность (18 %) и электроэнергетика (14 %). Далее идут машиностроение, черная и цветная металлургия, угольная промышленность и др.

Среди городов России по объему сброса стоков лидирует Москва (годовой сброс свыше 2 300 млн м3), на втором месте – Санкт-Петербург (около 1 500 млн м3), далее следуют Ангарск (более 500 млн м3), Красноярск (400 млн м3) и Новосибирск (300 млн м3).

Серьезное загрязнение водоемов происходит в результате смывания с почвы удобрений и пестицидов (ядохимикатов), применяемых в сельском хозяйстве. Питательные вещества, содержащиеся в удобрениях, могут вызывать процесс, называемый эвтрофикацией. Эвтрофикация – это зарастание озер водорослями вследствие перенасыщения воды питательными веществами. Эти вещества стимулируют рост водорослей; водоросли в конечном счете отмирают и выпадают в виде органического осадка на дно озера. Этот осадок может постепенно заполнить озеро и превратить его в болото. Также эвтрофикация озер может быть вызвана триполифосфатами (ТПФ), содержащимися в некоторых моющих средствах, и другими питательными веществами, присутствующими, например, в стоках целлюлозно-бумажной промышленности.

Тепловое загрязнение водоемов происходит при сбросе охлаждающих вод тепловых и атомных электростанций. Тепловое загрязнение понижает содержание растворенного кислорода в воде, в то же время увеличивая интенсивность обмена веществ водных организмов. Так как обмен веществ требует кислорода, некоторые виды могут быть полностью уничтожены, если температура воды поднимается выше 10 °C. Многие организмы погибают в результате теплового удара – резкого повышения (при пуске электростанции) или понижения (при ее отключении) температуры.

Загрязнение Мирового океана. Основными веществами, загрязняющими Мировой океан, являются нефть и нефтепродукты, которых ежегодно поступает в его воды 10…15 млн т в результате утечек при морской добыче нефти, промывки резервуаров и сброса балластных вод танкеров, а также их аварий. Каждая тонна нефти покрывает тонкой пленкой примерно 12 км2 поверхности и загрязняет до 1 млн т морской воды. Происходит и естественное загрязнение морей и океанов нефтью при просачивании ее из подземных залежей [29].

Морская вода способна к переработке большого количества органических и неорганических веществ, что послужило основанием для захоронения токсичных отходов в морях и океанах. Такие отходы составляют около 10 % всех ЗВ, поступающих в Мировой океан [9]. Однако самоочистительная способность морей и океанов не беспредельна, что диктует необходимость разработки новых технологий обезвреживания отходов. Некоторые государства законодательно запрещают сброс отходов в море. Например, в США действуют законы, запрещающие сбрасывать в океан шламы водоочистных сооружений, медицинские отходы и пластмассовый мусор [33]. Последний вид отходов опасен для рыб и других обитателей моря: они заглатывают пластмассу, принимая ее за пищу, в результате пищевод забивается, и организм погибает от голода.

3.3. Нормирование качества воды в водоемах

Санитарные правила охраны поверхностных вод подразделяют водоемы на две категории: I категория – водоемы питьевого и культурнобытового назначения, II категория – водоемы рыбохозяйственного назначения.

Исходя из того, что отдельные вещества оказывают неблагоприятное воздействие на организм только при попадании внутрь, а другие представляют опасность даже при контактном воздействии, ПДК веществ

вводоемах устанавливаются с учетом лимитирующего показателя вредности (ЛПВ). Выделяют следующие виды ЛПВ:

-органолептический, изменяющий органолептические свойства воды (цвет, запах, вкус);

-общесанитарный, влияющий на общесанитарное состояние водоема,

вчастности, на скорость протекания процессов самоочищения;

-токсикологический, влияющий на организм человека и обитающих в воде животных.

При нормировании качества воды водоемов I категории используются все виды ЛПВ, а II категории – преимущественно токсикологический и

отчасти органолептический ЛПВ. Значения ПДК ЗВ для водоемов I и II категории приведены в табл. 6.

Таблица 6

Значения ПДК некоторых веществ в водоемах

	Вещество	Категория водоема
		I	II
	Нефтепродукты	0,1	0,05
	Фенолы	0,0018	0,0018
	Бензол	0,5	0,5
	Хлорорганические соединения	0,02	не допускается
	(ДДТ, гексахлоран)

Предельно-допустимый сброс (ПДС) ЗВ в водный объект – это масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению в соответствии с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения нормативного качества воды в контрольном пункте. ПДС разрабатываются для предприятий, имеющих или проектирующих собственные выпуски сточных вод в водные объекты или на рельеф местности (мг/л для каждого выпуска стоков и для каждого загрязняющего вещества). Обычно значение ПДС устанавливается на уровне ПДК соответствующего вещества в водоеме – приемнике стоков. При невозможности достижения ПДС разрабатываются нормативы (лимиты) ВСС.

В случае сброса сточных вод в канализацию предприятию устанавливаются лимиты сброса (мг/л), согласно «Правилам приема сточных вод в канализацию городов и поселков».

3.4. Водопотребление и водоотведение на железнодорожном транспорте

По сравнению с другими отраслями промышленности водопотребление и водоотведение предприятий железнодорожного транспорта незначительно. В то же время среди других видов транспорта железнодорожный транспорт является «лидером» по сбросу сточных вод, сбрасывая примерно в 2 раза больше стоков, чем автомобильный, водный и воздушный транспорт [6].

Основная масса воды, потребляемой железнодорожными предприятиями, расходуется на мойку подвижного состава (ПС), его узлов и деталей. В целях экономии воды во Всероссийском научноисследовательском институте железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ)

разработаны нормы водопотребления и водоотведения на единицу ПС для прямоточных и оборотных систем водоснабжения. Аналогичные нормы для узлов ПС (например, тележек и колесных пар вагонов) отсутствуют, хотя они были бы весьма актуальны.

Наиболее характерные ЗВ в стоках предприятий железнодорожного транспорта − нефтепродукты и взвешенные вещества, присутствуют также металлы (железо, медь и др.), поверхностно-активные вещества (ПАВ), фосфаты и др. В стоках шпалопропиточных заводов (ШПЗ) преобладают фенолы. Большинство железнодорожных предприятий сбрасывают сточные воды в канализационные системы, сброс в природные водоемы или на рельеф местности осуществляется в исключительных случаях. Например, на Восточно-Сибирской железной дороге (ВСЖД) только три крупных предприятия сбрасывают стоки в водоемы (дистанция гражданских сооружений ст. Северобайкальск, Тайшетский ШПЗ и локомотивное депо ст. Зима).

3.5.Основные направления водоохранных мероприятий

-создание оборотных и повторных систем водоснабжения;

-внедрение или модернизация водоочистного оборудования;

-внедрение экологически прогрессивных технологий.

Оборотные (подпиточные) системы предусматривают многократное использование воды после очистки и регулярную подпитку водой на компенсацию потерь от испарения и утечек. Они могут создаваться для отдельных техпроцессов, цехов или предприятия в целом. Преимущества таких систем: снижение водопотребления на 70–90 %, исключение сброса промышленных стоков, снижение стоимости очистки из-за меньших требований к качеству воды. Например, в моечных машинах можно использовать стоки с содержанием нефтепродуктов до 15 мг/л, при промывке цистерн – до 800 мг/л, в то время как ПДС при сбросе в водоем составляет 0,05 мг/л, лимит сброса в канализацию – 0,3 мг/л.

Повторные системы являются прямоточными, предусматривающими последовательное использование воды в нескольких техпроцессах (например, сначала для мойки колесных пар, а затем – тележек).

Системы водоснабжения железнодорожных предприятий представлены на рис. 3.

Рис. 3. Системы водоснабжения железнодорожных предприятий

Оборотные системы широко внедряются на железнодорожных предприятиях. Например, на ВСЖД объем оборотного водоснабжения с 1995 г. увеличился примерно в 10 раз.

Лекция 4 АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЛИТОСФЕРУ

4.1. Общие характеристики литосферы

Литосфера – верхняя твердая оболочка Земли, включающая в себя земную кору и верхнюю мантию Земли. Толщина литосферы – 5…200 км, в том числе земной коры − от 50…70 км на континентах до 5…10 км на дне океана.

Важнейшее свойство почвы – ее плодородие. Оно зависит от физических и минеральных свойств почвы. В результате перемещения и превращения веществ почва обычно расчленяется на горизонты (слои). Верхний слой почвы называется гумусовым или перегнойным и является самым плодородным. Гумус представляет собой растительные и животные остатки,