До высоты 20 км температура несколько снижается, а затем начинает повышаться до --3°С на высоте 55 км. В пределах мезосферы температура вновь начинает падать и достигает —90°С на высоте 80 км на границе с термосферой. В термосфере (от 80 до 800 км) температура быстро возрастает, превышая 700°С на высоте 300 км, а выше остается без изменений. В экзосфере (выше 800—1000 км) газы сильно разряжены и рассеиваются в мировое пространство. В составе газов здесь преобладают гелий и водород. Верхняя граница экзосферы не выделяется, она постепенно переходит в космическое пространство.

От нижней части тропосферы к верхней уменьшается содержание в атмосфере кислорода, ухудшаются условия жизни человека, что влечет за собой замедление всех процессов жизнедеятельности. Кислород выделяется растениями в процессе фотосинтеза. В результате деятельности человечества происходит увеличение содержания углекислого газа в атмосфере. Увеличение содержания угле кислого газа до 0,1% у человека и животных вызывает затруднение дыхания. Озон, содержащийся в верхней части атмосферы, защищает все живое на планете от смертоносных ультрафиолетовых лучей.

Техногенные изменения состава атмосферы и их значение

Загрязнением атмосферы называют привнесение новых, не характерных для нее физических, химических и биологических агентов или превышение их содержания сверх среднемноголетнего уровня, чту превращает атмосферу в частично или полностью непригодную для использования. Различают естественное и искусственное загрязнение атмосферы. Естественное загрязнение связано с попаданием в атмосферу космических частиц, вулканического пепла, пыли, образующейся при развевании почв, пыльцы растений, морской соли, дыма лесных пожаров. Искусственное загрязнение воздуха вызывается производственной деятельностью человека, различными видами транспорта, пылью, образующейся при земляных работах, при разгрузке и хранении без соблюдения надлежащих правил сыпучих материалов (извести, мела, цемента и т. д.).

В результате производственной деятельности промышленных предприятий за последнее столетие в атмосферу планеты выброшено 1,35 млн. т. кремния, 1,5 млн. т. мышьяка, более 1 млн. т. никеля, 900 тыс. т. кобальта, по 600 тыс. т. цинка и сурьмы.

Самый чистый воздух находится над океаном. В деревнях и селах он содержит пылевидных примесей в 10 раз больше, над поселками и небольшими городами—в 35 раз, а над промышленными центрами—примерно в 150 раз больше, чем над океаном. Загрязненный воздух над крупными городами простирается на высоту 1,5—2 км. Эта плотная шапка задерживает летом до 20% солнечных лучей, а зимой, когда и так мало света, поглощает половину его.

Основными промышленными источниками загрязнений воздушного бассейна нашей страны ученые считают тепловые электростанции—29% загрязнений, предприятия черной и цветной металлургии, соответственно 24 и 10,5, нефтехимии—15,5, стройматериалов -8,1, химии—1,3. На долю энергетики приходится более 40% общих выбросов пыли, 70% окислов серы и более 50% окислов азота. Из общего объема загрязнений на автотранспорт приходится 13,3, однако в крупных городах эта цифра достигает 60—80%.

В мировом балансе загрязнений основная доля (54%) падает на автотранспорт. США являются самым крупным загрязнителем окружающей среды (их доля составляет примерно 40% от общих загрязнений, производимых всеми странами мира). Общее количество автомашин в мире примерно 500 млн. из них около 200 млн —в США. Один автомобиль в среднем поглощает ежегодно 4 т кислорода и выбрасывает с выхлопными газами примерно 800 кг оксида углерода, около 40 кг оксидов азота и почти 200 кг различных углеводородов. Только в Лос-Анджелесе насчитывается 3 млн. автомобилей, выбрасывающих ежегодно 3 млн т отработанных газов. Эти газы представляют собой смесь, состоящую из 1000—1200 индивидуальных компонентов. Основная доля в составе отработанных газов приходится на нетоксичные компоненты—азот, кислород, пары воды, углекислый газ. Наибольшую опасность представляет Наличие в них токсичных компонентов— окиси углерода, углеводородов, оксидов азота, альдегидов, сажи бенз(а)пирена (основного канцерогенного вещества) и соединений свинца.1 Количество выбрасываемых автотранспортом вредных веществ можно рассчитать по расходу горючего. Используются пересчетные коэффициенты .•(табл. 2.3), в основу которых заложены экспериментальные данные. Коэффициенты позволяют получить количество вредных веществ в •тоннах при сжигании 1 т горючего. Для ускорения расчета используют график (рис. 2.2), где на оси х отложен расход горючего в интервале от 1 до 10 тыс. т/год, по оси у— количество вредных веществ, содержащихся в выхлопных газах автомобилей, т/год.

Большую опасность представляет главный компонент выхлопов двигателей внутреннего сгорания—окись углерода (угарный газ). Соединяясь в гемоглобином крови человека или теплокровных животных, она препятствует усвоению кислорода, тем самым ослабляя организм, его сопротивляемость различным заболеваниям. Хроническое отравление этим газом вызывает быструю утомляемость головную боль, нарушение сна, сердцебиение, одышку и даже бесплодие. При усиленной физической работе вдыхание незначнтельных количеств окиси углерода может привести к инфаркту миокарда.

В выхлопных газах присутствуют неразложившиеся углеводороды топлива. Среди них особое место занимают непредельные углеводороды, в первую очередь бенз(а)пирен, являющийся канцерогенным (предрасполагающим к заболеванию раком). Это вещество устойчиво к обычным окислителям, разлагается под действием ультрафиолетового облучения; естественная деградация его в воде и почве происходит очень медленно.

Из-за неполного сгорания топлива в двигателе автомобиля часть углеводородов превращается в сажу, содержащую смолистые вещества; особенно много сажи и смол образуется при неисправности мотора и в моменты форсирования двигателя. Стремясь получить «богатую смесь», водители уменьшают соотношение воздух—топливо. В таких случаях за машиной тянется хвост дыма, содержащего полициклические углеводороды и, в частности, бенз(а)пирен. 60—90% случаев заболевания раком связано с загрязнением воздуха, в частности углеводородами. Установлено, что смертность от рака легких в городах в 2 раза выше, чем в сельской местности. В выхлопных газах содержатся также альдегиды (акролеин. формальдегид и др.), обладающие резким запахом и раздражающим действием.

Оксид азота играет большую роль в образовании продуктов окисления углеводородов в атмосфере. Чрезвычайно опасны соединения неорганического свинца, образующиеся при сгорании в двигателях автомобилей тетраэтилсвинца, который добавляют (1г/л) к бензину. Это соединение при работе автомобиля разрушается и выбрасывается в виде соединений свинца, оседающих на почву и усваивающихся растениями.

В воздушных выбросах тепловых электростанций и промышленных объектов серьезную опасность представляют окислы серы, образующиеся при сжигании топлива, в первую очередь угля. Выбросы SO2 всеми ТЭС планеты составляют 100 млн. т./год (60% от общих выбросов этого вещества). В крупных городах концентрации SO2 в воздухе достигают нескольких мг/м3.

Кислород выполняет основную роль в дыхании человека. При его недостатке в воздухе у людей появляется головокружение, тошнота, головная боль. При содержании в воздухе 11- 13% кислорода уменьшается способность глаза различать цвета, снижается острота зрения... При 7 8% начинаются опасные для жизни явления- удушье, снижение температуры тела н т. д. Особенно чувствительна к кислородному голоданию центральная нервная система, поскольку кора головного мозга потребляет кислорода в 30 раз больше, чем другие органы.

В процессе сжигания топлива а атмосферу выделяется углекислый газ. С начала индустриального периода содержание СО2 в воздухе увеличилось в два раза, а за последние 30 лет—на 25%. Ожидается, что к 2060 г. количество СО2 еще удвоится. В настоящее время количество его превысило 0,03%. Содержание его до 1--2% безвредно для человека. При концентрации 3% учащаются дыхание и сердцебиение, появляются головная боль и шум в ушах, повышается кровяное давление, замедляется пульс. При дальнейшем повышении концентрации теряется сознание. В городском воздухе содержитсл СО2 на 0,01—0,02% больше, чем в сельском. В жилых зданиях его концентрация не должна быть выше 0,1 %; при превышении наблюдается наркотическое действие. Большинство ученых предполагают, что повышение СО2. будет стимулировать рост растении. Поэтому прямой угрозы здоровью человека нет.

Опасность представляет «парниковый эффект», т. е. такая ситуция, когда температура в приземных слоях увеличится в результате способности СО2 беспрепятственно пропускать ультрафиолетовые лучи солнца и сдерживать инфракрасное отражение от Земли.

Высокая запыленность воздуха приводит к легочным и аллергическим заболеваниям. По данным ВОЗ, около 20% населения развитых стран страдает от различных: форм аллергии в связи с загрязнением окружающей среды.

Предприятия, поставляющие строительные материалы и изделия, также являются загрязнителями. Почти на всех этапах строительной технологии выделяется пыль. Источниками нылеобразования являются и склады нерудных материалов (песка, гравия, щебня), древесная пыль, образующаяся при обработке дерева, которая к тому же взрыво- и огнеопасна. Опасным загрязнителем является цементная промышленность. Систематическое вдыхание цемента приводит к силикозу легких. Концентрация пыли вокруг цементного завода в радиусе 2 км достигает 20 мг/м3 (при норме 0,15) Пыль, выделяющаяся при добыче асбеста, приготовлении и обработке асбоцементных изделий, стимулирует раковые заболевания. ; при нзготовлении гипса концентрация пыли. отсасываемой от мельниц, может достигать, 500 - 1000, а ог варочных котлов 100 - 1500 г/м3 Потери гипса составляют 25%, а воздух загрязняется и радиусе 1 - 1,5 км.

Загрязнителем воздуха янляются асфальтобетонные заводы, особенно нестационарные, .Здесь при работе с заполнителями образуется много ныли, дымят сжигаемое топливо и горячий битум. При производстве асфальтобетона образуется (в мг/м³): неорганическая пыль—23500, углеводороды—217, сернистый газ— 15, окись углерода -0,8, окислы азота 0,07, фенол— 0,68.

Мероприятия по охране атмосферы

Выделяются следующие группы мероприятий по охране воздушного бассейна: технологические, архитектурно-планировочные, санитарно-технические, инженерно-организационные.

Технологические мероприятия

Технологические мероприятия включают в себя:

1) создание безотходных технологических процессов на основе разработки принципиально новых технологий и технологических средств, комплексного использования сырья и утилизации отходов производства, повышения эффективности работы газопылеулавливающих установок, организации ТПК с замкнутой системой материального баланса вещества, включая отходы производства;

2) замену местных котелен на централизованное тепло от крупных ТЭЦ и ТЭС;

3) замену топлива: предпочтительнее топливо с меньшим количеством продуктов сгорания (вместо угля и мазута—природный газ);

4) предварительную очистку сырья и топлива от вредных примесей, в частности снижение содержания серы в топливе;

5) электрификацию производства, транспорта и быта, замену пламенного нагрева электрическим;

6) использование трубопроводов, гидро- и пневмотранспорта для пылящих материалов:

7) замену прерывистых технологических процессов непрерывными.

Самой действенной мерой охраны атмосферного воздуха является строительство предприятий, работающих по принципу безотходной технологии, с замкнутыми технологическими процессами, с исключением выбросов в атмосферу от сопутствующих цехов и производств (абгазов. хвостовых газов). Внедрение даже частичной рециркуляции абгазов, замена угля и мазута природным газом дали в последние годы хороший экологический и экономический эффект. Изменение технологии должно идти по пути уменьшения количества выбросов и сокращения затрат на очистку газов в расчете на единицу продукции.

Одним из перспективных направлений газоочистки является применение системы каталитического дожигания для очистки паров растворителей красок, содержащих органические и неокисленные вещества: эфиры, углеводороды, толуол, ксилол и др. Воздух, загрязненный парами, вентилятором подается в теплообменник, нагревается там до 350"С за счет тепла очищенного воздуха, затем поступает в гонку-нагреватель, где г результате сжигания природного газа температура его повышается до 450"С. Далее в контактном аппарате в присутствии катализатора загрязненные вещества окисляются до углекислого газа и паров воды. Очищенный воздух (степень очистки 99%) охлаждается в теплообменнике и выбрасывается в атмосферу.

Немалое практическое значение имеют и профилактические мероприятия, заключающиеся в улучшении условий сжигания топлива, в Совершенствовании конструкции фильтров и другого газопылеулавливающего оборудования, в герметизации технологических лиши и т. д. Очень важное значение имеет перевод автомобилей на сжиженный газ. Это в 3—4 раза снижает выделение окиси углерода и других токсичных веществ.

На строительной площадке в результате работы автотранспорт; и других механизмов зачастую концентрация загрязнений высока. Необходимо повсеместно переводить на электропривод электросварочные аппараты, грузоподъемные механизмы, компрессоры, насосы, сваебойные агрегаты, средства малой механизации, бульдозеры экскаваторы, ныне работающие в основном на двигателях внутреннего сгорания.

Серьезные загрязнения связаны с буровзрывными работами, разработкой карьеров, особенно взрывным способом, устройство' котлованов и траншей, углублением рек и намывов грунта земснарядами, выжиганием почвы кострами, вырубкой кустарника и леса прокладкой коммуникации, смывом загрязнении на строительной площадке, образованием свалок.

Особое внимание следует обратить на снижение объема земляных работ на городских строительных площадках. Перевозка грунта за. город превращает засоряемую им землю в бросовую. Уменьшению объема земляных работ способствует строительство способом "стен в грунте", прокладка коммуникации методами прокола, нродавливания, пневмопробивкой, совмещенной прокладкой коммуникаций с устройством фундаментов на свайных основаниях и г, д.

Многие строительные механизмы и практически весь автотранспорт работают на двигателях внутреннего сгорания. Одной из серьезных задач является снижение выбросов этих двигателей.

Состав выхлопных газов зависит от многих факторов, важнейшими из них являются вид и качество топлива, тип двигателя, режим его работы и нагрузки, техническое состояние и квалификация водителя. Исправный, хорошо отрегулированный двигатель выбрасывает в 10 раз меньше окиси углерода, чем неисправный или плохо отремонтированный. Еще большего (20-кратного) снижения можно достичь, применяй электронную схему зажигания, используя каталитические нейтрализаторы. Следует, однако, отметить, что каталитические нейтрализаторы нельзя применять в автомобилях, работающих на этилированном бензине, так как соединения свинца нарушают процессы катализа.

Замена тетраэтилсвинца менее вредными антидетонаторами, например, соединениями марганца, увеличивают срок службы нейтрализаторов. Введение барийсодержащих присадок позволяет на 70—90% уменьшить содержание сажи и на 60—80%—канцерогенных веществ. Вот почему внедрение в производство неэтилированиого бензина имеет огромное эколого-экономичсское значение.

Архитектурно-планировочные мероприятия

В эту группу входит комплекс приемов, включающий зонирование территории города, борьбу с природной запыленностью, рациональное размещение предприятий, организацию санитарно-защитных зон, планировку жилых районов, озеленение населенных мест.

Согласно требованиям СН 245—71, в целях снижения вредного влияния выбрасываемых в атмосферу пыли и газов на здоровье людей; промышленные предприятия, загрязняющие воздух, надо располагать вдали от жилых массивов, с подветренной стороны и отделять санитарно-защитными зонами. В санитарио-защитной зоне высаживаются деревья и кустарники, создаются лесопарки. В этих зонах можно располагать административно-служебные здания, склады, гаражи, пожарные депо, прачечные, бани, торговые помещения.

В зависимости от вредности выбрасываемых веществ и степени их возможной очистки каждое промышленное предприятие относится к тому или иному классу, в соответствии с которым устанавливают следующие размеры санитарно-защитных зон: 1 класс—1000 м; 11 класс - 500; 111 класс -300; IV класс—100; V класс—50 м. К 1 классу относятся, например, целлюлозно-бумажные, химические и металлургические комбинаты, алюминиевые и медеплавильные заводы, предприятия по производству портландцемента, шлакопортландцемента; и пуццоланового цемента—более 150 тыс. т. в год, производству магнезита, доломита и шамота с обжигом в шахтных, вращающихся и других печах; ко II классу—производство гипса, асбеста, извести а также портландцемента, шлакопортландцемента и др.—до 150 тыс. т в год, асфальтобетона на нестационарных заводах, древесностружечных и древесноволокнистых плит на полимерных смолах; к III классу—производство керамзита, стеклянной ваты и шлаковой шерсти, предприятия по выпуску асбоцементных, бетонных и железобетонных изделий, материалов из отходов ТЭЦ, элеваторы цемента, производство местных цементов до 5 тыс. т в год, асфальтобетонные заводы: к IV классу - производство искусственных камней и бетонных изделий, асбоцементных изделий, полимерных строительных материалов, керамических, фаянсовых и фарфоровых изделий, кирпича, огнеупорных изделий и мергелей, изделий из каменного литья и стекла, литейные цехи автомобильных заводов: к V классу—предприятия по добыче и обработке камня, производство гипсовых изделий, фибролита, камышита, соломита, глиняных изделий. полимерных строительных материалов, столярно-плотннчных изделий и паркета.

Санитарно - защитная зона не должна использоваться для расширения производства, размещения спортивных сооружений, парков отдыха, школ, оздоровительных учреждений и т. п. Она может быть использована для посадки сельскохозяйственных культур, пастбищ, сенокоса. Во всех случаях зона должна быть благоустроена и озеленена. В ней допускается размещать предприятия с производствами меньшего класса вредности, пожарное депо, бани, прачечные, гаражи, склады, управления, конструкторские бюро, учебные заведения. магазины, поликлиники и лаборатории, связанные с обслуживанием данного предприятия.

Озеленение территории санитарно-защитной зоны и жилой застройки относится к числу мероприятий, уменьшающих воздействие выбросов предприятий на природную среду и здоровье людей. Хвоя с одного гектара елового леса улавливает 32 т ныли, а .листва букового леса---б8 т. На всех промышленных предприятиях (не менее чем на 15% их территории), и городах и населенных пунктах создаются скверы, парки, сады, зоны отдыха. Вокруг вредных производств (термохимических, полимерных строительных материалов и изделий, цехов с интенсивным газовыделением, содержащих обжиговые печи, вагранки. и др.) рекомендуется и обязательном порядке создавать густую зеленую защиту из газопылеустойчивых видов деревьев и кустарников.

Новые города делятся на зоны: селитебные (жилые), где зеленые насаждения должны составлять 15-25%, промышленные (в том числе ТЭС), коммунально-складские (о том числе гаражи, автопарки и др.), внешнего транзита (порты, вокзалы, аэродромы).

При разработке генеральных планов строительства новых городов санитарно-защитные зоны составляют 5—8, а иногда 10 км. Зеленые насаждения п городах, промышленных зонах и санитарно-защитных зонах очищают воздух от газов, (обогащают его кислородом.

Очень важно озеленение санитарно-защитных зон. На расстоянии 500 м от предприятия при отсутствии озеленения загрязнение воздуха SO₂, H₂S в 2 раза ниже, чем у источника загрязнения а при наличии озеленения в 3-4 раза ниже. При озеленении санитарной зоны между деревьями следует высаживать кустарники. Вертикальное озеленение вьющимися растениями не только украшает здание, но и удлиняет срок его службы.

Предприятия, являющиеся источниками загрязнения воздуха, не должны располагаться с наветренной стороны по отношению к жилой застройке. Площадки для строительства этих предприятий выбираются с учетом климата и рельефа местности, прямого солнечного облучения, естественного проветривания и уличной вентиляции, условия рассеивания выбросов и туманообразования. Все эти важнейшие параметры контролируются закономерностями распределения физических гравитационно-магнитных полей земли, которые прекрасно регистрируются.

Санитарно-технические мероприятия

Эта группа включает специальные меры по защите воздушного бассейна с помощью очистных сооружений. Для очистки промышленных выбросов используются различные конструкции очистных сооружений, которые отличаются принципом работы, эффективностью.

Очистка выбросов от пыли

Для очистки выбросов от пыли применяются пылеулавливающие аппараты: пылеосадочные камеры, циклоны, матерчатые фильтры, мокрые скрубберы, электрофильтры. Выбор типа пылеуловителя Обусловлен степенью запыленности воздуха, размерами частиц и требованиями к уровню очистки.

Пылеосадочная камера. Используется для осаждения крупной и тяжелой пыли с размером частиц порядка 100 мкм. Камера представляет собой короб, пустотелый или с полками, прямоугольного течения, с бункером внизу для сбора пыли. Площадь сечения камеры значительно больше площади сечения подводящих газоходов, ПОЭТОМУ газовый поток двигается в камере очень медленно, со скоростью не более 0,5 м/с. и пыль оседает. Простота конструкции и небольшие затраты на установку и эксплуатацию являются преимуществами пылеосадочных камер, а громоздкость и низкая эффективность улавливания—их недостатками. При установке внутри камер перегородок, замедляющих скорость воздушного потока и увеличивающих время прохождения его через камеры, коэффициент улавливания пыли повышается до 80%.

Циклон. Представляет собой цилиндр с конусом в нижней части. На рисунке: 1 —вход газов; 2—корпус циклона; 3--пылевой бункер, 4—выход очищенных газов В центре этого цилиндра расположен внутренний цилиндр. Загрязненный воздух поступает сбоку в пространство между цилиндрами, и под влиянием центробежной силы частицы пыли прижимаются к внутренней стороне наружного цилиндра и оседают в его конусообразной части. Очищенный воздух удаляется в атмосферу через внутренний цилиндр. При уменьшении размера циклона эффективность очистки увеличивается, так как величина центробежной силы обратно пропорциональна радиусу вращения частиц пыли. Поэтому батарея из нескольких (обычно восьми) небольших параллельных циклонов более эффективна, чем один большой циклон.

 Матерчатые фильтры. Запыленный воздух проходит через пористые материалы, осаждающие пыль. Для грубой очистки применяют гравии, кокс, металлические стружки, стекловолокно, а для тонкой очистки - металлическую сетку, смоченную специальным маслом, пористую бумагу, ткани. Наибольшее распространение получили матерчатые рукавные фильтры. Матерчатые фильтры работают по принципу пылесоса. В металлическом шкафу, разделенном вертикальными перегородками на ряд секций, помешаются группы рукавов из фильтрующего материала. Верхние копны рукавов заглушены и подвешены к раме. С помощью этой рамы рукава периодически встряхиваются и задержанная ими пыль попадает в бункер. Фильтрующие рукава изготавливаются из шерстяных, хлопчатобумажных или синтетических тканей в зависимости от температуры очищаемого газа Для очистки от пыли газов, имеющих температуру выше 300°С, применяют фильтры со стеклотканью. Эффективность очистки выбросов от пыли с помощью рукавных фильтров достигает 98 - 99%. Рукавные фильтры используются на предприятиях по производству извести для окончательной очистки воздуха после циклонов, поскольку циклоном улавливается не более 2/3 содержащейся в воздухе известковой пыли.

Орошаемые скрубберы. По внешнему виду они похожи на циклоны, но принцип их работы основан на поглощении пыли водой, которая либо разбрызгивается форсунками, либо подается непрерывно против потока запыленного воздуха. Загрязненная пылью вода подвергается очистке и вновь поступает в скруббер.

Электрофильтры. Запыленный воздух подается через электрнческое поле высокого напряжения, где он ионизируется, и частички пыли приобретают отрицательный заряд. Заряженные пылинки прилипают к положительному электроду, осаждаются и сбрасываются в бункер. При правильной эксплуатации КПД электрофильтров может достигать 99%. В цементной промышленности наиболее эффективно применять электрофильтр ПГД-4-50. Его производительность при скорости проходящего газа 2м/с- 360 тыс. м3/ч. Для предприятий угольной промышленности выпускают электрофильтр УВ11, электрофильтр СГ улавливает сажу, ШМК пары серной кислоты

Наиболее эффективны комбинированные установки, включающие два или больше типов пылеулавливающих устройств, например, когда за пылеосадочной камерой или батареей циклонов устанавливают электрофильтр. Это обусловлено специфическими особенностями каждого вида обеспыливателей, рассчитанных на определенный со став пыли н расход воздуха. Улавливая, например, крупные фракции пыли на циклоне, мы тем самым снижаем пылевую нагрузку на электрофильтр и уменьшаем его абразивный износ. Кроме того сочетание циклонов с электрофильтрами обеспечивает постоянство общей эффективности их работы при колебаниях рабочего режима.

Ю. А. Измоденовым созданы магнитные пылеуловители для улавливания тонкой металлической пыли.

Ниже представлена таблица Эффективности использования разных пылеулавливающих аппаратов:

*Показатели циклона приняты за единицу

Очистка выбросов от газов и аэрозолей.

Очистка осуществляется на основе следующих технологических процессов: абсорбции, адсорбции; каталитического сжигании и термического обезвреживания; окисления, озонирования.

Абсорберы. Представляют собой аппараты типа орошаемых скрубберов, в которых очистка от газов осуществляется с применением разнообразных по составу поглотительных растворов. Используется принцип абсорбции загрязнителей, а применяемые поглотительные растворы подвергаются затем биологической очистке. При абсорбции происходит конвективная диффузия (переход) газообразных компонентов очищаемого газа в жидкие поглотители (абсорбенты). Абсорбцию применяют для очисnки вентиляционного воздуха, отсасываемого от травильных и гальваническнх ванн, а также при очистке технологических газов. Для очистки воздуха от хлора, серной и соляной кислот, фтористых соединений применяют абсорберы, орошаемые водными растворами щелочей (соды). От сернистого газа воздух очищают с помощью абсорберов, орошаемых раствором аммиака, и получают ценное удобрение - сульфат аммония.

Адсорберы. Применяют для очистки газов от сероуглерода и других загрязнителей. Загрязненный воздух пропускается через слой адсорбента (угля), который и поглощает сероуглерод и другие вредные вещесгва.

Аэрозоли металлов (свинца, ванадия и т. д.) улавливают на электрофильтрах, сажу - на матерчатых фильтрах и электрофильтрах типа СГ.

Ряд предприятий строительной индустрии значительно снизили загрязнение воздуха. Так, многие цементные заводы перешли от сухого способа изготовления к мокрому, от рукавных фильтров и батарейных циклонов—к электрофильтрам. За 3-—5 лет работы мощных пылегазоочистных установок безжизненные пустыни вокруг цементных заводов превратились в зеленые массивы В настоящее время на предприятиях улавливается более 70% общего объема загрязнений.

Инженерно-организационные мероприятия

В том случае, когда существующие методы очистки не обеспечивают санитарных норм, прибегают к инженерно-организационным мероприятиям. Снижение интенсивности движения транспорта на отдельных перегруженных городских магистралях, увеличение высоты труб, через которые осуществляются газопылевые выбросы а атмосферу, повышение, скорости движения газов по этим трубам и пр. —все это относится к инженерно-организационным мероприятиям.

Загрязнения автотранспортом зависят от организации дорожного движения; они возрастают при торможении, на малых оборотах движения и т. д. Эта проблема решается путем развязки пересечении дорог па разных уровнях, создания на дорогах «зеленой волны», прокладки трассы дорог в выемках.

Использование воды в народном хозяйстве

Выделяют следующие способы использования воды в народном хозяйстве: водопользование и водопотребление. Водопользование-это использование воды в качестве среды или механического источника без изъятия ее из водоема, например, для водного транспорта рыбного хозяйства, гидроэнергетики, лесосплава и пр. Водопотребление сопровождается забором воды из источника для хозяйственно-питьевых нужд, промышленности, сельского хозяйства и т. д. При этом вода может возвращаться и не возвращаться обратно в водоём.

Вода используется как сырье, применяется в технологических процессах как растворитель, как охладитель, для подогрева, мойки и т. д. Развиваются водоемкие производства, в которых основная масса воды идет на производство энергии, охлаждение агрегатов, предупреждение перегрева скоростных режущих инструментов, подогрев сушильных установок. Тепловой электростанции мощностью 1000 МВт для охлаждения агрегатов требуется около 1,3 млн. м3 воды в год. Ядерным электростанциям для охлаждения вторичных контуров нужно на 1000 МВт более 2,5 млн. м3 воды в год, т. е. АЭС не экономичны как с санитарно-геохимических, так и с водохозяйственных позиций.

В обрабатывающей промышленности вода расходуется почти во всех технологических процессах: растворении, смешивании, очищении и др. Наиболее влагоемкими являются производство искусственного волокна и шерстяных тканей, очистка нефтепродуктов, металлургия. Для производства 1 т меди требуется 5000 т воды, 1 т каучука -2500. 1 т капрона—5600, 1 т бумаги—1000, 1 т синтетического волокна- 250, для переработки 1 т хлопка—200, для производства 1т. стали—300, добычи 1 т угля—6 т и т. д.

В среднем на одного человека в нашей стране приходится 170л. воды в сутки, в больших городах—более 300 л, а в Москве свыше 360л. В Лондоне на каждого жителя приходится только 170л воды в сутки.

Сельское хозяйство является самым крупным потребителелем воды, затем следует промышленность и энергетика и, наконец, коммунальное хозяйство . 20-25% воды теряется в результате утечек в коммунальном хозяйстве городов, находящемся в ужасном и запущенном состоянии.

Основной причиной возникновения водного дефицита и сокращения эксплуатационных ресурсов воды является загрязнение Поверхностных и подземных вод. Из предприятий строительной промышленности большое количество воды потребляется заводами силикатного кирпича; железобетонных изделий и конструкций, предприятиями, производящими цемент мокрым способом, а также гипсовые, керамические. Одна формовочная машина на заводах асбоцементных изделий сбрасывает ежесуточно в канализацию более 12 м3 воды.

При производстве железобетонных изделий и конструкций вода расходуется на промывку бетоновода, трубопроводов, системы подачи смазки и приготовление смазки, на охлаждение рабочих органов машин, чистку кассет, приготовление шпаклевки, испытание трубопроводов, смачивание формуемого изделия, мытье полов и оборудования и т. д. На каждый кубометр бетона затрачивается 200—300 кг воды. Общий расход воды для технологических нужд на пролете составляет 2300 кубометров в год.

Загрязнение водных ресурсов

Воды загрязняются естественными продуктами, отходами, поглощающими кислород (дезоксигенезирующими агентами), суспензиямн (взвесями), различными ядовитыми веществами (пестицидами, гербицидами), веществами, вызывающими эвтрофикацию водоемов (ускорение естественных процессов старения водных систем тепловыми горячими стоками, различными солями, нефтепродуктами, отходами предприятий органического синтеза, моющими средствами , радиоактивными отходами, химическими веществами, а также производственными и бытовыми сточными водами, ливневыми и сельскохозяйственными стоками, включающими стоки с сельскохозяйственных угодий, обрабатываемых пестицидами н минеральными удобрениями, стоки животноводческих и птицеводческих комплексов. ежегодный объем которых составляет около 1,3 млрд. м3

Неорганические примеси производственных сточных вод содовых, сернокислотных, азотнотуковых заводов, обогатительных фабрик, металлургических заводов, шахт, рудников, некоторых химзаводов содержат кислоты, щелочи, соли разных металлов, сернистые соединения, минеральные взвешенные вещества.  

Органические примеси присутствуют в сточных водах нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов, заводов органического синтеза, синтетического каучука и пластмасс, коксохимических заводов, предприятий пищевой и легкой промышленности, других народнохозяйственных объектов. В этих стоках содержатся нефтепродукты, нафтеновые кислоты, аммиак, альдегиды, чрезвычайно опасные для водоемов фенолы, спирты, синтетические смолы, меркаптаны, сероводород и другие вредные вещества. В городских ливневых стоках обнаруживается тетраэтилсвннец, осаждающийся из выхлопных газов на землю, сернистые соединения, болезнетворные микробы, нефтепродукты н многое другое.

Выполнение в процессе строительства буровзрывных работ, эксплуатация карьеров, углубление фарватеров рек, намыв грунта, добыча песка и гравия из русел рек и на побережьях морей, устройство свалок под отходы строительного производства, разрушение плодородного слоя почвы, вырубка растительности на территории застройки, прокладка дорог и коммуникаций, слив загрязнений со строительных площадок оказывают отрицательное воздействие на состояние водного бассейна.

Недостаточный технический уровень эксплуатации строительной техники, отсутствие механизированной или автоматизированной заправки и организованного сбора отработанных и заменяемых масел вызывают загрязнение почвы, снега и водных бассейнов горюче-смазочными материалами. Отсутствие подъездных путей и внутриплощадочных дорог с твердым покрытием приводит к водной эрозии, повышению стоимости строительства, к износу машин и механизмов. потерям стройматериалов. Транспортировка и хранение ряда строительных материалов, осуществляемые без соблюдения технических . требований, нередко ведут к загрязнению почвы, дорог, строительных площадок и последующему загрязнению водоемов. Увеличение объёмов применения к бетонам различных добавок (противоморозные замедлители и ускорители схватывания, пластификаторы), полимерных смол, органических растворителей, лаков, синтетических красок и др. повысило отрицательное воздействие на окружающую среду, в том числе на состояние поверхностных и подземных вод.

Значительные потери воды в строительстве связаны с бесхозяйственностыо, несовершенством или неисправностью арматуры, отсутствием на многих предприятиях расходомеров и должного контроля за расходованием воды. Строительные организации потребляют значительное количество воды на приготовление бетонов и растворов, окраску и мытье, гидравлическое испытание систем и сооружений, охлаждение двигателей агрегатов и технологических установок, теплоснабжение, разработку грунта гидравлическими методами, мытье машин и механизмов, питание котельных и других объектов. Сточные воды стройиндустрии в основном аналогичны по загрязняющим компонентам сточным водам промышленных предприятий описанным выше.

Загрязненные воды разрушают железобетонные и металлические конструкции, находящиеся в воде, усиливают коррозию трубопроводов и образование различного рода отложений в них. Особенно агрессивны кислые стоки, разъедающие металлическую арматуру. При охлаждении агрегатов загрязненной водой на охлаждаемых поверхностях образуются осадки.

От загрязнения воды общество несет материальный и моральный ущерб. Польские ученые подсчитали, что материальный ущерб, нанесенный национальной экономике использованием неочищенных вод в промышленности, составляет 6,2 млрд. злотых в год. При предварительной очистке сточных вод национальный доход Польши был бы на 2,8 млрд. злотых больше.

Самоочищение природных и сточных вод Геохимические барьеры

В каждом водоеме живут рыбы, водоплавающие животные, птицы, существуют водоросли, инфузории, рачки, насекомые, планктон, донные организмы и т. д., происходит круговорот веществ. При сбросе в водоем загрязнений биологическое равновесие в нем нарушается.;

Появляются минеральные новообразования в виде взвесей и растворов. Органические вещества окисляются аэробными микроорганизмами, расходующими кислород; СаНbОс-»-СО2+Н2О—Q, где СаНbОс— органическое вещество, Q—теплота реакции. Образуются углекислый газ и вода, водоем очищается от органических веществ, но содержание кислорода уменьшается. При полном израсходовании кислорода размножаются анаэробные организмы.

Необходимость перехода к замкнутым

оборотным системам водоснабжения

Сточные воды—это воды, загрязненные в процессе использования в быту или в технологии, а также в результате стока с территории населенных пунктов, промышленных предприятий и сельскохозяйственных полей. Соответственно сточные воды подразделяются на бытовые, производственные и ливневые. К ливневым, или дождевым, можно отнести и моечно-поливные воды. Количество сточных вод выражают в м3/сут, м3/ч, м3/с.

До сих пор сохранилась практика сброса сточных вод в водоемы, юридически закрепленная «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами». Формально эти правила запрещают сброс в водоемы сточных вод, которые могут быть использованы и системах оборотного или повторного водоснабжения, содержа ценные утилизируемые отходы, вредные вещества с неустановленными ПДК или в количествах выше ПДК, и, наконец, воды, которые могут быть использованы для орошения в сельском хозяйстве. Сточные воды запрещается сбрасывать в заповедные водоемы. Иначе говоря, правила позволяют использовать экономически устаревшую прямоточную систему водоснабжения. При этой системе насосная станция перекачивает воду из водоема к объектам потребления, Пройдя через потребителя, вода поступает в канализационные линии и к очистным сооружениям. После очистки воды по прямоточной системе сбрасываются в водоем ниже по потоку от водозабора.

Оборотные системы водоснабжения исключают сброс сточных под в водоемы и предусматривают повторное использование воды после очистных сооружении для технологических нужд. Однажды изъятая из водоема вода уже не исключается из системы водопровод – канализация - очистные сооружения -промышленный водопровод. При этом происходят потери воды из замкнутой системы за счет испарения или извлечения с осадком, образующимся при очистке сточных вод, я также в результате утечек на различных участках системы. Эти потери восполняются путем забора свежей поды. Оборотное водоснабжение позволяет снизить расход свежей поды и предотвратить рост загрязнения водоемов. На современных нефтеперерабатывающих и металлургических предприятиях оборот .воды доведен до 97%, и сегодня стоит задача исключить здесь сброс отработанных вод в водоемы.

Наряду с оборотными системами водоснабжения отдельных предприятий сегодня создаются оборотные системы технической воды в масштабе промышленных узлов и районов. После очистки на локальных очистных сооружениях предприятий сточные воды подвергаются доочнстке на общегородских (районных) очистных сооружениях и направляются в общегородской промышленный водопровод. Промышленные и бытовые сточные воды после подготовки можно использовать в сельском хозяйстве. Сточные воды содержат питательные элементы. Так, каждая тысяча кубометров городских сточных вод содержит до 80 кг азота, 15 кг калия, 15 кг-фосфора, 80 кг кальция и магния, что соизмеримо с 10—15 т навоза. В растворенном состоянии питательные вещества легче усваиваются растениями. Очищенными сточными водами поливают технические и кормовые культуры и зеленые насаждения.

 Методы очистки сточных вод

Все методы очистки сточных вод можно подразделить на механические, физико-химические, химические, биологические и новые безреагентные. Механические методы: отстаивание, фильтрование, центрифугирование и гидроциклоны. При помощи механических методов жидкости очищаются от взвешенных частиц и нефтепродуктов.

Отстаиванием выделяют из производственных сточных вод нерастворенные загрязнения минерального и органического происхождения, плотность которых может быть больше плотности воды (тонущие) или меньше (плавающие). При температуре сточных вод 20°С скорость осаждения твердых взвешенных частиц размером от 10 до 250 мкм составляет в статических условиях 0,07—26 мм/с.Твердые частицы и жидкие углеводороды взаимно замедляют осаждение тонущих и всплывание плавающих частиц. Скорость всплывания частиц нефтепродуктов размером до 100 мкм составляет около 1 мм/с.

Грубые примеси с размерами более 5 мм (бумага, тряпки, стружки и пр.) отделяются от сточных вод при помощи сит и решеток.

Песок извлекается песколовками, а нефтепродукты, масла, жиры и смолы - нефте-, масло- и жироловушками и смолоуловителями Механические методы очистки обеспечивают извлечение из жидкостей наряду с нерастворимыми примесями до 20% органических веществ (по показателю БПК).

Фильтрование служит для задержания взвеси, не осевшей при отстаивании. Хорошо зарекомендовали себя песчаные, диатомитовые и двухслойные фильтры, (нижний слой загрузки песчаный, с размером зерен 1 —2 мм, а верхний—антрацитовая крошка). Кроме того для фильтрации используют различные отходы промышленности-змеевик, отработанную прокаленную глину, магнезит, дробленый кварц, мрамор, магнетит, керамзит. От органических примесей стоки очищают с помощью металлической сетки, стеклоткани прямого или двойного плетения, сетки и ткани из полимерных материалов, активированного угля, дробленого гравия, бурого угля, торфа, древесины. Фильтрация сточных вод в промышленности сверхскоростная (более 25 м/ч).

Гидроциклоны. Их надежная работа зависит от устойчивости технологического режима, что не всегда удается достигнуть. При его применении удается снизить концентрацию механических примесей и нефтепродуктов соответственно до 15 и 50-80 мг/л. Высокая подача, малые размеры и металлоемкость позволяют рассматривать эти аппараты как перспективные.

Центрифугирование имеет определенные преимущества перед другими методами механической подготовки сточных вод, и прежде всего перед отстаиванием: отпадает необходимость подогрева стока для предотвращения замерзания в зимний период, достигается большая компактность и низкая влажность скоплений выделившегося шлама, что облегчает его дальнейшую переработку, требуется значительно меньшая площадь для размещения оборудования.

Из физико-химических методов очистки сточных вод прежде всего следует отметить флотацию. Она основана на всплывании дисперсных частиц вместе с пузырьками воздуха. На поверхности воды образуется легко удаляемый пенообразный слой. Эффективность флотации зависит от размеров поверхности пузырьков воздуха, площади контакта их с твердыми частицами и от смачиваемости этих частиц. Добавляемые в сточную воду реагенты (известь, хлоридное железо, сернокислый алюминий, едкий натр, амины, формалин, смоляной или животный клей, каустическая сода, канифоль, и др.) улучшают смачиваемость частиц и качество очистки воды.

При экстракции смешиваются взаимонерастворимые жидкости. Загрязняющие вещества распределяются в этих жидкостях соответственно своей растворимости. Экстракция сточных вод применяется для очистки от нефтепродуктов и твердых гидрофобных частиц. Экстрагент (четыреххлористый углерод с плотностью 1,59 г/см3) подается в вертикальный отстойник со сточной водой. Он перемещается в нижнюю часть отстойника, а осветленная вода—в верхнюю. После разделения жидкостей четыреххлористый углерод поступает на регенерацию. степень очистки сточных вод от нефтепродуктов и механических примесей соответственно достигает 3—5 и 5—10,6 мг/л.

При сорбции загрязнения из жидкости собираются на поверхности твердого вещества (адсорбция) или вступают в химическое взаимодействие с ним (химосорбция). Часто применяются фильтры., загруженные сорбентом (активированным углем, коксовой щелочыо, каолином, торфом, опилками, золой и др.). При использовании сорбции сточная вода проходит через нефтеловушку в емкость с конусным днищем, оборудованную механической мешалкой. В эту емкость дозируются активированный уголь, коагулянты (хлорное железо или сернокислый алюминий) и подщелачивающий реагент (едкий натр, гидрат окиси кальция, карбонат натрия). При смешении реагентов в сточной воде происходит адсорбция и коагуляция, и одновременно с осаждением гидроокисей железа или алюминия осаждаются частицы активированного угля Шлам удаляется на иловые площадки для обезвоживания. После углевания вода подается на фильтры, где она полностью осветляется

Эвапорация заключается в отгонке летучих веществ (углеводородов) с водяным паром. Используются типовые дистнлляционные колонны. Они хорошо зарекомендовали себя на газоперерабатывающих заводах.

Опреснение сточных вод путем возгонки жидкой фазы и кристаллизации твердого осадка требует больших энергозатрат и оборудования из дорогостоящих тугоплавких металлов. При росте энергетического уровня промышленности опреснение использованной воды будет приобретать все большее значение. Существуют опреснительные установки с отбором воды до 10 тыс. м³/сут. Чтобы уменьшить затраты почти вдвое, можно не доводить испарение до твердой фазы, а остаточные рассолы сбрасывать в поглощающие горизонты.

Химические методы применяются при очистке в основном производственпых сточных вод и заключаются в нейтрализации, коагуляции или окислении растворенных веществ.При химической обработке эти вещества образуют нерастворимые осадки или переводятся в безвредные растворимые соединения. :

Коагулпрование осуществляется при добавлении к сточной воде реагента (коагкулянта), способствующего быстрому выделению из взвешенных эмульгированных частиц, которые другими методами выделить не удается.

Нейтрализации обычно подвергаются кислые сточные воды. Применяется несколько способов нейтрализации:

а) смешение кислых стоков со щелочными;

б) добавление реагентов нейтрализации;

в) фильтрация сточных вод через нейтрализующие материалы;

г) продувка через сточную воду углекислого газа.

Окисление применяют тогда, когда другие методы подготовки сточных вод неэффективны. В качестве окислителей используют гипохлорит натрия, кислород воздуха, озон и др. Методом окисления можно понизить в сточных водах концентрацию нефтепродуктов, сероводорода, содержание микроорганизмов. Небольшие объемы сточных вод подвергают термическому (огневому) обезвреживанию.

Биологическая очистка жидкостей заключается в минерализации органических загрязнений сточных вод, находящихся в воде как в растворенном виде, так и в тонко диспергированном нерастворимом и коллоидном состоянии. Очистка достигается при помощи аэробных микробов, искусственно поселяемых в специальные сооружения: биофильтры, аэротенки и окситенки. Органические вещества разлагаются микробами до простых минеральных соединений.

К новым методам очистки сточных вод относится обработка стоков в магнитных и электрических полях, облучение в различных участках спектра, диспергирование содержащихся в стоках примесей. Метод магнитной обработки сточных и пресных вод успешно применяется на промыслах. Наиболее заметно магнитное поле влияет на осадкообразование при контакте стоков с железными трубами. В отсутствие искусственного магнитного поля на стенках труб происходит отложение гипса и кальцита. При взаимодействии намагниченного стока со стенками трубки 1/2" в течение трех лет толщина слоя осадка составила всего 0,6 мм. Осадок оказался рыхлым и легко удалялся промывкой слабым раствором соляной кислоты.

Электрокоагуляция и электрофлотация применяются для очистки сточных вод от эмульгированных нефтепродуктов. Этот метод основан на анодном растворении металлического алюминия или железа и образовании в прианодном пространстве хлопьев осадка, обладающих высокой адсорбционной способностью к эмульгированным и коллоидно-растворимым нефтепродуктам.

Метод диспергирования содержащихся в воде примесей До частиц размером 0,5—2 мкм обеспечивает проникновение этих частиц через пористый коллектор, приемистость скважин при этом практически не затухает. Кавитационное поле определенной интенсивности возникает за счет резонансных колебаний упругой пластинки, защемленной консолью. Свободный конец пластинки под действием потока жидкости колеблется с частотой от 100—200 до 5000 Гц, с амплитудой 1-2,4 мм. Сточная водя, прошедшая через отстойник, нефтеловушку и гидродинамический диспергатор, может успешно закачиваться в поглощающие скважины.

Выполненный на сегодня объем водоохранных мероприятий позволил значительно сократить потребление свежей воды на производственные нужды, в целом уменьшить сброс сточных вод. Однако высокие темпы роста загрязнения водоемов свидстельствуют о недостаточности прилагаемых сегодня усилий.

 Системы оборотного промышленного водоснабжения

Строительство и эксплуатация промышленных предприятий, жилых домов, объектов соцкультбыта, автомобильных дорог и других коммуникаций и сооружений приводят к прогрессирующему загрязнению источников хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения, рыбохозяйственных водоемов, горизонтов грунтовых вод, рек и озер. Вдоль трасс автомобильных дорог, в связи с применением хлоридных солей при борьбе с гололедом, широко развиваются процессы техногенного осолонения почв, грунтовых и природных вод. Большой ущерб природной среде наносит неорганизованная мойка автомашин и строительной техники. При этом в водоемы и почву поступают огромные количества нефтепродуктов, масел, минеральных веществ. Даже нормированный и юридически санкционируемый сброс очищенных сточных вод в водоемы является порочной практикой, неуклонно ведущей к прогрессирующему загрязнению источников водоснабжения и водоемов.

Существует только одна альтернатива развивающимся регионально и глобально процессам техногенного загрязнения водоемов и источников водоснабжения—полное прекращение сброса сточных вод в водоемы. Осуществить это возможно путем строительства систем оборотного водоснабжения технологических линий как в масштабе отдельных установок, цехов, предприятий, так и в масштабе промышленного комплекса района, центра. В каждом цехе или на небольшом производстве должны работать локальные очистные сооружения, после прохождения которых очищенные сточные воды подаются на повторное техническое водоснабжение на то же самое или на соседнее производство. Трудноочищаемые сточные воды, которые не поддаются очистке на локальных очистных сооружениях, направляются или в систему малой промышленной канализации (опреснение, сжигание, аккумулирование или складирование в недрах), или на доочистку в систему городских очистных сооружений с последующей подачей в общегородской промышленный водопровод. Ограничимся здесь рассмотрением систем оборотного промышленного водоснабжения небольших производств, функционирующих на основе очистки сточных вод на локальных очистных сооружениях.

К сожалению, сегодня в стране существует резкий дефицит типовых и индивидуальных проектов локальных очистных сооружений, серийно выпускаемого комплектного оборудования и установок, особенно установок с прогрессивными безреагентными методами очистки. Эти сооружения предназначены для очистки сточных вод с площадок мойки автомашин, с территорий станций технического обслуживания и др. Загрязненные воды собираются в ливнеприемных колодцах, откуда через колодец-ливнесброс, оборудованный переливной стенкой, поступают в вертикальный отстойник. В отстойнике минеральные частицы оседают, а нефтепродукты всплывают на поверхность и при помощи погружной воронки отводятся в маслосборный колодец, а затем подвергаются регенерации или сжиганию.

Схема очистного сооружения: