Измерение осаждения загрязнителей из воздуха. Мониторинг кислотных осадков

колеблется от 1,5 • 10–9 до 2 • 10–7 м. Переходные поры выполняют

роль каналов, подводящих поглощаемые примеси к микропорам, их

удельная поверхность может составлять то 10 до 400 м2/г. Чем больше

пористость адсорбента и выше конденсация примеси, тем интенсивней

протекает процесс адсорбции. В качестве адсорбентов широко

применяют активированные угли, удельная поверхность которых

составляет 102 – 103 м2/г. Их применяют для очистки газов от

органических паров, поглощения неприятных запахов и газообразных

примесей, содержащихся в небольших количествах в промышленных

выбросах. Кроме активированного угля используются активированный

глинозем, селикагель, активированный оксид алюминия, синтетические

цеолиты или молекулярные сита, которые наряду с активированным

углем обладают высокой адсорбционной способностью и

избирательностью поглощения определенных газов, механической

прочностью и способностью к регенерации. Последнее свойство очень

важно, так как позволяет при снижении давления или повышении

температуры удалять из адсорбента поглощенные газы без изменения их

химического состава и тем самым повторно использовать адсорбент и

адсорбируемый газ.

Аппараты адсорбционной очистки работают периодически или

непрерывно и выполняются в виде вертикальных, горизонтальных или

кольцевых емкостей, заполненных пористым адсорбентом, через который

проходит поток очищаемого газа. Выбор конструкции определяется

расходом очищаемого газа, размером частиц адсорбента, требуемой

степенью очистки и другими факторами. Наиболее распространены

адсорберы периодического действия, в которых период очистки газов

чередуется с периодом регенерации твердого адсорбента.

Термическая нейтрализация обеспечивает окисление токсичных

примесей в газовых выбросах до менее токсичных при наличии

свободного кислорода и высокой температуры газов. Этот метод

применяется при больших объемах газовых выбросов и концентрациях

загрязняющих примесей, превышающих 300 частей на миллион.

Различают три схемы термической нейтрализации газовых выбросов:

прямое сжигание в пламени, термическое окисление при температурах

600-800°C и каталитическое сжигание – при 250-450°C. Выбор схемы

нейтрализации определяется химическим составом загрязняющих

веществ, их концентрацией, начальной температурой газовых выбросов,

объемным расходом и предельно допустимыми выбросами вредных

веществ.

Прямое сжигание следует использовать только в тех случаях, когда

отходящие газы содержат достаточно тепла, необходимого для

осуществления процесса и составляющего более 50% от общей теплоты

сгорания. В процессе прямого сжигания температура пламени может

достигать 1300°C, что при наличии достаточного избытка воздуха и

продолжительном времени нахождения газа при высокой температуре

приводит к образованию оксидов азота. В результате в процессе

прямого сжигания одних вредных примесей происходит образование

другого загрязняющего вещества.

Прямое сжигание может осуществляться как непосредственно в

открытом факеле, так и в замкнутых камерах. Системы прямого

сжигания обеспечивают эффективность очистки 0,9 – 0,99, если время

пребывания вредных примесей, органических отходов, оксидов азота,

токсичных газов, например, цианистого водорода в

высокотемпературной зоне – 0,5 с, а температура газов, содержащих

углеводороды, не менее 500-650°C, содержащих оксид углерода – 660-

750°C.

Термическое окисление применяется, когда отходящие газы имеют

высокую температуру, но в них нет достаточного количества

кислорода, либо, когда концентрация горючих примесей настолько

низка, что они не обеспечивают подвод теплоты, необходимой для

поддержания пламени.

Если отходящие газы имеют высокую температуру, то процесс

дожигания происходит в камере с подмешиванием свежего воздуха. Так

осуществляется дожигание оксида углерода и углеводородов,

образующихся при работе автомобильного двигателя. Если отходящие

газы имеют недостаточную для процесса окисления температуру, то они

предварительно подогреваются в теплообменнике, а затем поступают в

рабочую зону, в которой сжигают природный или другой

высококалорийный газ. При этом горючие компоненты отходящих газов

доводят до температуры, превышающей точки их самовоспламенения, и

они сгорают в среде кислорода, присутствующего в отходящих газах.

Основное преимущество термического окисления – относительно

низкая температура процесса, что позволяет сократить расходы на

изготовления камеры сжигания и исключить образование оксидов азота.

Каталитический метод предназначен для превращения вредных

примесей, содержащихся в отходящих газах промышленных выбросов, в

вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды с

использованием специальных веществ – катализаторов. Катализаторы

изменяют скорость и направление химической реакции, например,

реакции окисления. В качестве катализаторов используются: платина,

палладий и другие благородные металлы или и соединения: оксиды

меди, марганца и т. п. Катализаторная масса располагается в

специальных реакторах в виде насадки из колец, шаров, пластин или

проволоки, свитой в спираль из нихрома, никеля, окиси алюминия с

нанесенным на поверхность этих элементов слоем благородных металлов

микронной толщины. Каталитические методы очистки широко

используются для вредных примесей, содержащихся в газовоздушных

выбросах цехов окраски, а также для нейтрализации выхлопных газов

автомобилей.

Безотходные производства. Безотходным производством является

такое производство, в котором все исходное сырье в конечном итоге

превращается в ту или иную продукцию и которое при этом

одновременно оптимизировано по технологическим, экономическим и

социально-экологическим критериям. Принципиальная новизна подобного

подхода к дальнейшему развитию промышленного производства

обусловлена невозможностью эффективно решать проблемы охраны

окружающей среды и рационального использования природных ресурсов

только путем совершенствования методов обезвреживания, утилизации,

переработки или захоронения отходов.

При создании и развитии безотходных производств обязательно

использование всех компонентов сырья. В настоящее время несмотря на

то, что практически все сырье, применяемое в промышленности,

является многокомпонентным, в качестве готовой продукции

используется, как правило, только один компонент. Максимально

возможное – это комплексное использование энергии при безотходном

производстве.

Безотходное производство предполагает кооперирование производств

с большим количеством отходов (производство фосфорных удобрений,

тепловые электростанции, металлургические, горнодобывающие и

обогатительные производства) с производством – потребителем этих

отходов, например предприятиями строительных материалов.

Важнейшей задачей является создание и внедрение принципиально

новых технологических схем и процессов, при которых резко

сокращается или полностью исчезает образование каких-либо отходов.

Утилизирую двуокись серы, содержащуюся в отходящих газах

теплоэнергетики и металлургии, можно получить столько серной

кислоты, сколько ее ежегодно производят все сернокислотные заводы

нашей страны, т.е. по сути дела удвоить производство этого

ценнейшего продукта большой химии (эта тема кратко рассматривается

в курсе географии девятого класса). Уже существуют промышленные

установки для каталитической очистки отходящих газов, которые

позволяют извлекать из дыма до 98 – 99% сернистого газа при любом,

даже самом незначительном, его содержании и окислять его, превращая

вредный промышленный выброс в серную кислоту. Использовать

полученную таким способом кислоту в промышленности тоже не просто:

она содержит различные примеси, зачастую получается разбавленной.

Зато в сельском хозяйстве она может найти неограниченный рынок

сбыта, так как это химический препарат для почв содового засоления.

Для химической мелиорации годится серная кислота сколь угодно

разбавленная, практически с любыми примесями. Это позволяет строить

более экономичные, упрощенные установки для утилизации сернистого

газа.

Конечно, невозможно создать полностью безотходные производства во

всех отраслях. Вообще, понятие «полностью безотходное производство»

условное, так как ни одно производство не возможно без отходов. Но

создавать производства, в которых перерабатывается часть отходов,

вполне возможно. Такие производства называются малоотходными.

С безотходными и малоотходными производствами связаны

многочисленные проблемы, без решения которых их внедрение

представляется практически невозможным. Основной из них является

большая затратность подобных производств. Эта проблема объясняется

тем, что большинство из производств (особенно в России) не

рассчитаны на внедрение каких-либо новых узлов и поэтому для

создания безотходного или малоотходного производства на их основе

придется принципиально пересматривать всю их систему. При этом на

ранних стадиях внедрения безотходных или малоотходных производств

их вряд ли можно будет рассматривать как прибыльные: для детальной

отработки технологии потребуется еще некоторое время.

Внедрение безотходных и малоотходных производств может быть

эффективным практически в любой отрасли промышленности, так как из

многих отходов можно получить какой-либо потребительский продукт.

Использование возобновляемых источников энергии. Энергетика

является сердцем промышленного и сельскохозяйственного производства

и обеспечивает комфортное существование человека. Основным

энергоносителем XIX века являлся уголь, сжигание которого, как

отмечалось выше, приводило к росту выбросов дыма, сажи, копоти,

золы, вредных газовых компонентов: CO, SO2, оксидов азота и т.д.

Развитие научно-технического прогресса привело к существенному

изменению энергетической базы промышленности, сельского хозяйства,

городов и других населенных пунктов. Существенно возросла доля

таких энергоносителей как нефть и газ, экологически более чистых,

чем уголь. Однако ресурсы их не беспредельны, что накладывает на

человечество обязанность поиска новых, альтернативных

возобновляемых источников энергии. К ним относятся солнечная и

атомная энергия, геотермальный и гелиотермальные виды энергии,

энергия приливов и отливов, энергия рек и ветров. Эти виды энергии

являются неисчерпаемыми и их производство практически не оказывает

вредного воздействия на окружающую среду.

Наиболее развиты в настоящее время атомные энергетические

установки – АЭС. Доля производства электроэнергии с помощью атомной

энергии в ряде стран очень высока: в Литве она превышает 80%, во

Франции – 75, в России достигает 13%. Следует лишь совершенствовать

безопасность работы АЭС, что подтвердила авария на Чернобыльской и

других АЭС. Топливная база для их работы практически неограничена,

общие запасы урана в морях и океанах составляют примерно 4 • 109 т.

Достаточно широко применяются геотермальные и гелиотермальные

источники энергии. Циркулирующая на глубине 2-3 км вода нагревается

до температуры, превышающей 100єС за счет радиоактивных процессов,

химических реакций и других явлений, протекающих в земной коре. В

ряде районов земли такие воды выходят на поверхность. Значительные

запасы их имеются в нашей стране на Дальнем Востоке, Восточной

Сибири, Северном Кавказе и других районах. Существуют запасы

высокотемпературного пара и пароводяной смеси на Камчатке,

Курильских островах и в Дагестане

Технологические процессы получения тепловой и электрической

энергии из таких вод достаточно хорошо разработаны, их

себестоимость в 2 – 2,5 раза ниже тепловой энергии, получаемой в

обычных котельных. На Камчатке работает геотермальная

электростанция мощностью 5 кВт. Предполагается сооружать такие, но

более мощные 100 и 200 МВт блоки. В Краснодарском крае теплота

подземных вод используется для теплоснабжения промышленных

предприятий, населения, животноводческих комплексов, многочисленных

теплиц.

За последнее время все шире используется солнечная энергия.

Солнечные энергетические установки могут быть тепловыми, в которых

используется традиционный паротурбинный цикл и фотоэлектрическими,

в которых солнечное излучение с помощью специальных батарей

преобразуется в электроэнергию и теплоэнергию. Стоимость таких

гелиоэлектростанций пока еще велика: для станций мощностью в 5 –

100 МВт она в 10 раз превышает капитальные затраты ТЭС аналогичной

мощности. Кроме того, для получения энергии требуются большие

площади зеркал. Солнечные электростанции являются перспективными,

так как они экологически чистые, а стоимость произведенной на них

электроэнергии будет неуклонно снижаться по мере совершенствования

технологических процессов, оборудования и используемых материалов.

Вода с давних пор используется человечеством в качестве источника

энергии. ГЭС остаются перспективными и экологически чистыми

энергетическими установками при условии, если при их строительстве

не происходит затопления пойменных земель и лесных угодий.

К новым источникам энергии относится энергия морских приливов и

отливов. Принцип действия приливных электростанций основан на том,

что энергия падения воды, проходящей через гидротурбины, вращает их

и приводит в движение генераторы электрического тока. На

однобассейновой приливной электростанции двойного действия,

работающей во время прилива и отлива, можно вырабатывать энергию

четыре раза в сутки при наполнении и опорожнении бассейна в течение

4-5 часов. Агрегаты такой электростанции должны быть приспособлены

для работы в прямом и обратном режимах и служить как для

производства электроэнергии, так и для перекачки воды. Крупная

приливная электростанция работает во Франции на берегу Ла-Манша, в

устье реки Ранс. В России в 1968 г. пущена в эксплуатацию небольшая

электростанция на побережье Баренцева моря в губе Кислов.

Разработаны проекты Мезенской приливной станции на берегу Белого

моря, а также Пенжинской и Тугурской – на берегу Охотского моря.

Энергию океана можно использовать, сооружаю волновые

электростанции, установки, использующие энергию морских течений,

разницу температур поверхностных теплых и глубинных холодных воды

или подледных слоев воды и воздуха. Проекты таких энергетических

установок разрабатываются в ряде стран: США, Японии, России.

Перспективно использование энергии ветра. Ветроэнергетические

установки до определенного предела не влияют на состояние

окружающей среды. Парки ветроэнергетических установок большой

мощности построены в Германии, Дании, США и других странах.

Единичная мощность таких установок достигает 1 МВт. В Швеции

работает самая сильная в мире ветроэнергетическая установка

мощностью 2 МВт. В России имеются районы благоприятные для

строительства ветровых электростанций – на Крайнем Севере, Азово-

Черноморском регионе, где постоянно дуют северо-восточные ветры.

Потенциальные мощности ветровых электростанций, которые могут быть

построены на этих территориях, значительно превышают мощности

существующих в настоящее время в России электростанций.

Экологическая целесообразность использования энергии ветра для

производства электроэнергии в больших масштабах и использования

ветроэнергетических установок в энергетических системах изучена

пока недостаточно. Исследования, проведенные в США, свидетельствуют

о том, что, если затраты на сооружение подземных хранилищ нефти

объемом в 1 млрд. баррелей в совокупности со стоимостью этой нефти

направить на строительство ветровых электростанций, то их мощность

может быть доведена до 37000 МВт, а количество сэкономленной нефти

составит 1,15 млрд. баррелей. В результате помимо экономии такого

ценного сырья, как нефть, существенно снизится вредная нагрузка на

окружающую среду при ее сжигании в энергетических установках.

Серьезным источников вредных веществ в окружающей среде является

транспорт. Рассматривается возможность замены используемого в

настоящее время углеводородного топлива на чистый водород, при

сгорании которого образуется вода. Это позволило бы исключить

проблему загрязнения атмосферы отработанными газами автомобильных

двигателей. Использование водорода затрудняется тем, что в

настоящее время недостаточно отработана технология его получения,

транспортировки и хранения, что приводит к большим затратам

электроэнергии при производстве водорода методом электролиза и

высокой его стоимости. Совершенствование указанных технологических

процессов позволит снизить стоимость водорода, который станет

топливом, способным конкурировать по экономическим показателям с

традиционными видами топлива, а по экологическим – превосходить их.

Замена автомобилей, работающих на углеводородном топливе,

электромобилями также позволит существенно снизить вредную нагрузку

на окружающую среду. Исследования американских и японских фирм в

этой области свидетельствуют о том, что их лучшие электромобили,

работающие на никелево-цинковых батареях, вдвое мощнее, чем обычные

свинцовые при скорости 80 км/час и имеют дальность пробега около

400 км. Общий коэффициент полезного действия таких электромобилей в

настоящее время невелик и составляет 2% против 4,2% автотранспорта,

работающего на углеводородном сырье. По мере совершенствования

технологии изготовления аккумуляторных батарей электромобили будут

использоваться все шире, что позволит уменьшить вредное воздействие

на окружающую среду.

Электроэнергия является одной из важнейших составляющих

большинства производственных процессов, осуществляемых в настоящее

время. С течением времени роль электроэнергии будет все более

возрастать. Таким образом, альтернативные пути получения

электроэнергии необходимы для дальнейшего развития всех отраслей

производства.

Административные и экономические механизмы. Проблема охраны

окружающей среды (и атмосферы как ее части) тесно связана с

политикой, идеологией, социальной сферой и в первую очередь – с

экономикой.

Противостояние экономики и экологии – узловая проблема охраны

окружающей природной среды. Ранее ее пытались решать путем

административно-командных методов воздействия на основе запретов,

ограничений, мер уголовного и административного наказания.

Если метод административного воздействия исходит из отношений

власти и подчинения, то экономический механизм опирается на

материальную заинтересованность исполнителя в достижении реальной

цели. В основу экологической экономики входят как постоянно

действующие институты, так и новая совокупность признаков,

возникшая на базе перехода к рыночным отношениям.

Постоянно действующие институты: природные кадастры, меры по

материально-техническому и финансовому обеспечению, платность за

использование природных ресурсов; платежи за загрязнение окружающей

природной среды; льготы по кредитованию, налогообложению;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6