Реферат: Источники техногенного загрязнения биосферы

Реферат: Источники техногенного загрязнения биосферы

Источники техногенного загрязнения биосферы

Характеристика загрязнений

Современные объемы производства и его интенсификация, несмотря на усовершенствование технологии и техники очистки выбросов, повлекли за собой увеличение общей массы вредных веществ, вносимых в атмосферу. Возросла энерговооруженность производства и соответственно количество сжигаемого топлива и образующихся дымовых газов: считается, что выработка электроэнергии и объем промышленного производства удваиваются каждые 7-10 лет.

Таблица 1.Структура и объем отходов производства в мире, млн т

В атмосферу выбрасывается ежегодно 200 млн т оксида углерода, 150 млн т диоксида серы, 50 млн т оксидов азота, более 50 млн т различных углеводородов и 20 млрд т С02. За последние десятилетия потребление минеральных и органических сырьевых ресурсов резко возросло: в 1913 г. на одного жителя Земли ежегодно расходовалось 5 т минерального сырья, в 1940 г. - 7,4, в 1960 г. - 14,3, а в 2000 г. потребление может достичь 40-50 т. Соответственно возрастают и объемы отходов промышленного и коммунально-бытового происхождения.

Анализ данных о состоянии окружающей природной среды РФ показывает, что суммарное количество выбросов в атмосферу от промышленных источников в 1991 г. составило около 32 млн т вредных веществ. Из них около 9,2 млн т падает на диоксид серы, около 3 млн т - на оксиды азота, около 7,6 млн т - на оксид углерода, около 3,5 млн т - на углеводороды, около 1,7 млн т - на летучие органические соединения, около 6,4 млн т -на твердые вещества. В выбросах содержатся специфические ВВ с достаточно высокой токсичностью: сероуглерод, фтористые соединения, бензопирен, сероводород и др. Их количество не превышает 2% от общей массы выбросов.

Общее количество взвешенных частиц, поступающих в атмосферу в результате многообразной деятельности человека, становится соизмеримым с количеством загрязнений естественного происхождения. Следует отметить, что наблюдения за состоянием атмосферного воздуха в стране за период 1988 -1996 гг. свидетельствуют о снижении средних концентраций взвешенных веществ, растворимых сульфатов, аммиака, сажи, сероводорода вследствие спада производства и закрытия ряда предприятий. Проведенный в 1990 г. анализ состава промышленных выбросов и автотранспорта в 100 городах СССР показал, что 85% общего выброса вредных веществ в атмосферу составляют сернистый газ, оксиды углерода и аэрозольная пыль. Половина оставшихся 15% специфических вредных веществ приходится на углеводороды, другая половина - на аммиак, сероводород, фенол, хлор, сероуглерод, фтористые соединения, серную кислоту.

Загрязнение биосферы - результат выбросов загрязняющих веществ или некоторых видов энергии из различных источников. Загрязнители могут иметь естественное и искусственное происхождение. По своему физическому состоянию, например, загрязнители атмосферы делятся на твердые, жидкие, газообразные и комбинированные. От общей массы выбрасываемых в атмосферу веществ газы составляют около 90%. По оценке ВОЗ, из более чем 6 млн известных химических соединений практически используется до 500 тыс. соединений. Из них около 40 тыс. обладают вредными для человека свойствами, а 12 тыс. являются токсичными. Причем любой химический загрязнитель атмосферы имеет порог действия.

К естественным источникам загрязнений относятся пыльные бури, вулканические извержения, газовые выделения из гейзеров и геотермальных источников, прижизненные выделения в атмосферу растений, животных, микроорганизмов и т.д.

Источники искусственного загрязнения - различные промышленные предприятия, коммунальное хозяйство, утечки из газохранилищ и трубопроводов и т.д.

Атмосферные загрязнители подразделяются на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом их превращений. Например, поступающий в атмосферу диоксид серы окисляется кислородом воздуха до триоксида серы, который затем, взаимодействуя с водяными парами образует капельки серной кислоты. При оценке загрязнения атмосферы учитывается период пребывания загрязняющих веществ в ней. В атмосферу одновременно могут поступать вещества, оказывающие на живые организмы сходное воздействие, то есть обладающие эффектом суммации вредного действия.

Все вредные вещества в соответствии с ГОСТ 12.1.0.07-76 по степени воздействия на организм человека подразделяют на четыре класса опасности: 1-й - вещества чрезвычайно опасные, ПДК менее 0,1 мг/м3; 2-й - вещества высокоопасные, ПДК 0,1-1 мг/м3; 3-й - вещества умеренно опасные, ПДК 1,1-10 мг/м3; 4-й - вещества мало опасные, ПДК более 10 мг/м3.

Основным элементом загрязнения атмосферы являются аэрозольные образования. Аэрозоли - это дисперсные системы, в которых дисперсионной средой служит газ, а дисперсионными фазами являются твердые или жидкие частицы. Обычно размеры частиц аэрозолей ограничивают интервалом 10-7—10"3 см. Аэрозоли делятся на три группы. К первой относятся пыли - коллективы, состоящие из твердых частиц, диспергированных в газообразной среде. Ко второй группе относятся дымы - все аэрозоли, которые получаются при конденсации газа. К третьей группе относятся туманы - коллективы жидких частиц в газообразной среде.

Сейчас в земной атмосфере взвешено около 20 млн т частиц, из которых примерно три четверти приходится на долю выбросов промышленных предприятий.

Из многочисленных контаминантов атмосферы основными являются взвешенные частицы - аэрозоли различного состава, затем следуют сернистые соединения и оксиданты, то есть вещества, образующиеся в атмосферном воздухе в результате фотохимических превращений. Например, уже в 1975 г. в атмосферу во всем мире выбрасывалось около 100 млн т твердых веществ.

Особое значение пыли и других взвешенных частиц объясняется тем, что они загрязняют атмосферу не только в результате прямых выбросов, но в большей мере в результате различных превращений газообразных веществ, выбрасываемых в атмосферу с образованием мелкодисперсных аэрозолей.

Источники загрязнения атмосферы выбросами могут быть классифицированы:

1.    По назначению: а) технологические, содержащие хвостовые газы после установок улавливания; б) вентиляционные выбросы - местные отсосы, вытяжки.

2.    По месту расположения: а) незатененные или высокие; б) затененные или низкие, то есть расположенные на высоте, в 2,5 раза меньшей высоты здания; в) наземные - находящиеся у земной поверхности.

3.    По геометрической форме: а) точечные; б) линейные.

4.    По режиму работы: непрерывного и периодического действия, залповые и мгновенные.

Залповые выбросы возможны при авариях, сжигании быстрогорящих отходов производства. При мгновенных выбросах загрязнения выбрасываются в доли секунды и часто на значительную высоту. Это возможно при взрывных работах и авариях.

5. По дальности распространения: внутриплощадочные, то есть создающие высокие концентрации только на территории промышленной площадки, а в жилых районах не дающие ощутимых загрязнений; внеплощадные, когда выбрасываемые загрязнения способны создать высокие концентрации на территории жилой застройки.

Газовые промышленные выбросы могут быть организованными и неорганизованными.

Организованный промышленный выброс - выброс, поступающий в атмосферу через специальные сооружения - газоходы, воздуховоды, трубы, а неорганизованный выброс - выброс, поступающий в "атмосферу в результате нарушения герметичности оборудования, неудовлетворительной работы вентиляционной системы, местных отсосов.

Сточные воды, содержащие растворенные и взвешенные вещества, отводящиеся в гидросферу или литосферу, рассматриваются как сбросы. Сбросы разделяются на неорганизованные, если они стекают в водный объект непосредственно с территории промышленного предприятия, не оборудованного специальной, например, ливневой канализацией или иными устройствами для сбора, а также на организованные, если они отводятся через специально сооруженные источники - водовыпуски. Выпуски классифицируются по следующим признакам: по типу водоема или водотока; по месту расположения выпуска; по конструкции распределительной части; по конструкции оголовка или сбросного устройства.

Большую опасность представляет биологическое накопление и аккумуляция загрязняющих жидких веществ, выбрасываемых предприятиями. В городских сточных водах содержатся минеральные и органические загрязнения. Биогенные элементы - соединения азота и фосфора находятся в сточных водах в органической и неорганической форме.

Все перечисленные загрязнения могут находиться в грубодисперсном, коллоидном и растворенном состояниях. Большая часть органических загрязнений городских сточных вод находится в грубодисперсном и коллоидном состоянии.

По степени загрязнения и происхождению сточные воды можно разделить на следующие группы:

1) загрязненные; представляющие собой смесь отработанных жидкостей после технологических процессов, а также после мытья оборудования и полов;

2)    условно-чистые воды от охлаждения оборудования, компрессорных и холодильных установок, вентиляционных устройств и т.д.;

3)    хозяйственно-фекальные;

4) ливневые воды от мытья территории, автотранспорта и т.д..

Твердые отходы представляют собой гетерогенную смесь сложного морфологического состава: черные и цветные металлы, макулатуросодер-жащие и текстильные компоненты, отходы стекла, пластмассы, кожи, резины, дерева, камней, а также остатки непрореагировавшего твердого сырья, смолы, кубовые остатки от перегонки, различные осадки и шламы, отработанные катализаторы, фильтровальные материалы, адсорбенты, не подлежащие регенерации, общезаводской мусор и др. На удаление таких отходов производства затрачивается в среднем 8-10% стоимости производимой продукции. Для складирования твердых отходов московских предприятий ежегодно в Московской области выделяется 20 га земли. Транспортирование и складирование отходов ежегодно поглощает миллиарды рублей.

Условно предприятия можно разделить на три группы, учитывая их потенциальные возможности загрязнения биосферы. К первой группе относятся предприятия с преобладанием химических технологических процессов. Ко второй группе - предприятия с преобладанием механических технологических процессов. К третьей группе - предприятия, на которых осуществляется как добыча, так и химическая переработка сырья.

Например, предприятия химической промышленности отличаются разнообразием токсичных газовых выбросов и жидких стоков. Главные из них - органические растворители, амины, альдегиды, хлор и его производные, оксиды азота, циановодород, фториды, сернистые соединения, металлоорганические соединения, соединения фосфора, мышьяка, ртуть. Перечень некоторых опасных для окружающей среды отходов предприятий I группы представлен в табл. 2.

Таблица 2. Перечень некоторых опасных для окружающей среды отходов предприятий I группы

К числу отходов химической промышленности и производства минеральных удобрений относятся гипсосодержащие отходы, фосфорные шлаки, пиритные огарки, галитовые отходы и глинистые шла-мы, содовые плавы, отходы нефтехимии и др. Отвалы и шламохранилища, занятые отходами химических производств, занимают тысячи гектаров земли.

Крупнотоннажными гипсосодержащими отходами являются в первую очередь фосфо-, боро- и фторогипс, титаногипс, а также сульфогипс. В табл. 3 представлен химический состав фосфогипса.

Таблица 3. Химический состав в пересчете на сухое вещество,

масс. %

Фосфогипс - побочный продукт, получаемый при производстве ортофосфорной кислоты и минеральных удобрений - двойного суперфосфата, аммофоса и нитроаммофоски. Фосфогипс получают в виде шлама с влажностью до 55%, твердая фаза шлама содержит более 90% частиц размером менее 80 мкм.

Таблица 4. Возможное агрегатное состояние отходов

При производстве капролактама образуется побочный продукт и «щелочные стоки» - растворы натриевых солей моно- и дикарбоновых кислот. При их разложении получают плав соды, содержащий обычно более 85% Na2C03. Так, отход Щекинского ПО «Азот» имеет следующий состав, % масс: Na2C03 - 95,43; Na2S04 - 2,51; NaOH - 0,57; NaCI - 1,69; Fe203 - 0,017; Ai203 - 0,03.

К отходам резинотехнических изделий относятся остатки резиновых смесей, резиновые и резинотканевые, невулканизированные и вулканизированные, текстильные и резинометаллические отходы. Например, резиновые невулканизированные отходы содержат до 50% каучука.

Отходы производства асбестотехнических изделий образуются при изготовлении тормозных колодок, прокладок, кровельного материала и др. Основными ингредиентами отходов являются асбест, каучук, смолы, латексы, а также бракованные готовые изделия, например, паронит.

Ежегодно в стране накапливается около 500 млн м3 отходов растительного происхождения, всех ресурсов, из них 160 млн м3 остаются невывезенными на лесопилках, 120 млн м3 теряется при последующей обработке. Лишь шестая часть всех отходов перерабатывается в товарную продукцию.

В промышленных процессах переработки различного сырья и полуфабрикатов путем механического, термического и химического воздействия образуются отходящие газы, в которых содержатся взвешенные частицы. Они обладают всем комплексом свойств твердых отходов, а газы, содержащие взвешенные частицы, относятся к аэродисперсным системам. Промышленные газы обычно представляют собой сложные аэродисперсные системы, в которых дисперсная среда является смесью разных газов, а взвешенные частицы полидисперсны и имеют различное агрегатное состояние.

Пыль в газах, отходящих от сырьевых и цементных сушилок, мельниц, грануляторов, смесителей, печей обжига колчедана, в аспирационном воздухе транспортных устройств и тому подобное является следствием несовершенства оборудования и технологических процессов. В дымовых, генераторных, доменных, коксовых и других подобных газах содержится пыль, образующаяся в процессе горения топлива. Как продукт неполного сгорания органических веществ при недостатке воздуха образуется и уносится сажа. Если в газах содержатся какие-либо вещества в парообразном состоянии, то при охлаждении до определенной температуры пары конденсируются и переходят в жидкое или твердое состояние. Примерами взвесей, образовавшихся путем конденсации, могут служить: туман серной кислоты в отходящих газах выпарных аппаратов, туман смол в генераторных и коксовых газах, пыль цветных металлов с низкой температурой испарения в газах. Пыли, образующиеся в результате конденсации паров, называются возгонами.

Некоторые характеристики наиболее распространенных промышленных пылей приведены в табл. 5. Несмотря на внешнее разнообразие исходного сырья, используемого в порошковых технологиях, ингредиенты пыли не только подчиняются одним и тем же теоретическим законам инженерной реологии, но и на практике обладают сходными технологическими свойствами, условиями их предварительной подготовки и последующей вторичной переработки.

Таблица 5. Характеристики наиболее распространенных промышленных пылей

При выборе метода переработки твердых отходов существенную роль играют их состав и количество. Количество промышленных твердых отходов составляет огромную величину.

Таблица 6. Удельные газовыделения в зависимости от марки связующего вещества формы, мг/кг смеси

Предприятия механического профиля, включающие заготовительные и кузнечнопрессовые цехи, цехи термической и механической обработки металлов, цехи покрытий, литейное производство, выделяют значительное количество газов, жидких стоков и твердых отходов. Например, в закрытых чугунолитейных вагранках производительностью 5-10 т/ч на 1 т выплавленного чугуна выделяется 11-13 кг пыли: Si02, СаО, Аl203, МnО, FeO+Fe203, МnО, С; 190-200 кг оксида углерода; 0,4 кг диоксида серы; 0,7 кг углеводородов и др. Концентрация пыли в отходящих газах составляет 5-20 г/м3 при эквивалентном размере 35 мкм.

Токсичные вещества в окрасочных цехах выделяются в процессе обезжиривания поверхностей органическими растворителями перед окраской, при подготовке лакокрасочных материалов, при их нанесении на поверхность изделий и сушке покрытия. Характеристики вентиляционных выбросов из окрасочных цехов приведена в табл. 7.

* - пыль перед системой газоочистки; ** - пыль из бункера батарейного циклона; *** - пыль из бункера электрофильтра; - пыль из бункера рукавного фильтра

Нефтегазовые и горнодобывающие объекты, металлургическое производство и теплоэнергетику условно относят к предприятиям III г р у п -п ы.

При нефтегазовом строительстве основным источником техногенных воздействий является опорно-двигательная часть машин, механизмов и транспорта. Они разрушают почворастительный покров любого типа за 1-2 прохода или проезда. На этих же этапах происходит максимальное физико-химическое загрязнение почв, грунтов, поверхностных вод горюче-смазочными материалами, твердыми отходами, бытовыми стоками и др. Плановые потери добытой нефти составляют в среднем 50%. Ниже приведен перечень веществ, выбрасываемых: а) в атмосферный воздух; двуокись азота, бензпирен, сернистый ангидрит, оксид углерода, сажа, ртуть металлическая, свинец, озон, аммиак, хлористый водород, серная кислота, сероводород, ацетон, окись мышьяка, формальдегид, фенол и др.;

б) в сточные воды: азот аммиачный - 3, азот общий - 3, бензин, бензпирен, керосин, ацетон, уайт-спирит, сульфат, фосфор элементарный, хлориды, хлор активный, этилен, нитраты, фосфаты, масла и др..

Горная промышленность использует практически невозобновимые минеральные ресурсы далеко не полностью: 12-15% руд черных и цветных металлов остается в недрах или складируется в отвалы.

Так называемые плановые потери каменного угля составляют 40%. При разработке полиметаллических руд из них извлекают лишь 1-2 металла, а остальные выбрасываются с вмещающей породой.

При добыче каменных солей и слюды в отвалах остается до 80% сырья. Массовые взрывы на карьерах являются крупными источниками пыли и ядовитых газов. Например, пылегазовое облако рассеивает 200-250 т пыли в радиусе 2-4 км от эпицентра взрыва.

Выветривание горных пород, складированных в отвалы, приводит к значительному повышению концентраций - S02, СО и С02 в радиусе нескольких километров.

В теплоэнергетике мощным источником твердых отходов и газообразных выбросов являются теплоэлектростанции, паросиловые установки, то есть любые промышленные и коммунально-бытовые предприятия, связанные с процессом сжигания топлива.

В состав отходящих дымовых газов входят диоксид углерода, диоксид и триоксид серы и др. Хвосты углеобогощения, золы и шлаки формируют состав твердых отходов. Отходы углеобогатительных фабрик содержат 55-60% Si02, 22-26% А1203, 5-12% Fe203, 0,5-1,0 СаО, 4-4,5% К20 и NazO и до 5% С. Они поступают в отвалы и степень их использования не превышает 1-2%.

Опасно использование бурых и других углей, содержащих радиоактивные элементы, в качестве топлива, так как часть их уносится с отходящими газами в атмосферу, часть - через золоотвалы поступают в литосферу.

К промежуточной комбинированной группе предприятий относится муниципальное производство и объекты коммунально-городского хозяйства. Современные города выбрасывают в атмосферу и гидросферу около 1000 химических соединений.

Атмосферные выбросы текстильной промышленности содержат оксид углерода, сульфиды, нитрозамины, сажу, серную и борную кислоты, смолы, а обувные фабрики выделяют аммиак, этилацетат, сероводород и кожевенную пыль. При производстве строительных материалов и конструкций, например, выделяется от 140 до 200 кг пыли на 1 т произведенных строительного гипса и извести соответственно, а отходящие газы содержат оксиды углерода, серы, азота, углеводороды. Всего предприятия по производству стройматериалов в нашей стране выбрасывают ежегодно 38 млн т пыли, 60% которых составляет цементная пыль.

Загрязнения в сточных водах находятся в виде взвесей, коллоидов и растворов. До 40% загрязнений составляют минеральные вещества: частицы грунта, пыли, минеральные соли. В состав органических загрязнений входят жиры, белки, углеводы, клетчатка, спирты, органические кислоты и т.д. Особый вид загрязнения сточных вод - бактериальный.

Количество загрязнений в бытовых сточных водах определяется в основном физиологическими показателями и составляет примерно:

Биологическая потребность в кислороде - 75

Взвешенные вещества - 65 Азот аммонийный - 6

Фосфаты - 3,3

Синтетические поверхностно-активные вещества - 2,5

Хлориды - 9.

Наиболее опасными и трудноудаляемыми из стоков являются СПАВ - сильные токсиканты, устойчивые к процессам биологического разложения. Поэтому в водоемы сбрасывается до 50-60% их первоначального количества.

К опасным загрязнениям антропогенного характера, способствующим серьезному ухудшению качества окружающей среды и жизни человека, следует отнести радиоактивность. Естественная радиоактивность - это закономерное явление, обусловленное двумя причинами: наличием в атмосфере радона 222Rn и продуктов его распада, а также воздействием космических лучей. К продуктам распада ^Rn относятся 220Rn и 219Rn. Образуясь в группы, они затем через поры почвы проникают в приземный слой атмосферы, создавая так называемую естественную радиоактивность. Что касается антропогенных факторов, то они связаны главным образом с искусственной радиоактивностью.

Представляет практический интерес уровни радиоактивного риска, обусловленного естественным сроком и некоторыми искусственными источниками облучения.

Таблица 8.

Таким образом, радиоизотопы так или иначе попадают в атмосферу, многие из которых по существу вечны. В связи с этим важной является проблема обезвреживания отходов ядерной энергетики. При этом необходимо знать, насколько уменьшится ущерб, наносимый экономической деятельностью здоровью человека.

К числу техногенных загрязнений, представляющих опасность для биосферы и человека, относятся и электромагнитные излучения и поля. Они являются весьма сложным загрязнением как с точки зрения анализа, так и с позиций ограничения интенсивности облучения. Кроме того, органы чувств человека не воспринимают ЭМП до частот видимого диапазона, в связи с чем оценить степень опасности облучения практически невозможно. Бурное развитие научно-технического прогресса привело к тому, что созданные человеком ЭМП в сотни раз выше среднего естественного поля. В условиях современных производств и городских условий на организм человека оказывают влияние ЭМП, источниками которых являются различные радиопередающие устройства, производственная электроэнергетика, линии электропередач, электрофицированный транспорт, офисная и бытовая техника. Интенсивность фона зависит от следующих причин: близости к электроэнергетическим источникам, расписания работы радиостанций, состояния ионосферы и др. Виды воздействия ЭМП:

-    изолированное;

-    сочетанное;

-    смешанное;

-    комбинированное.

Шум, инфразвук, ультразвук и вибрация оказывают самые различные воздействия на живой организм; в подавляющем большинстве они являются нежелательными. С точки зрения классических методов оценки звука интенсивность или пережитая воспринятая громкость, является не только наиболее важной характеристикой любого вида шума, но и в значительной мере определяет степень его вредного воздействия.

На предприятиях источниками шума являются вентиляторные установки, компрессорные станции, газотурбинные установки и др. устройства. Наиболее значительные уровни шума наблюдаются на частотах 500-1000 Гц, то есть в зоне наибольшей чувствительности органа слуха. В возрасте до 27 лет на шум неадекватно реагируют 46,3% людей, в возрасте 28-37 лет - 57%, в возрасте 38-57 лет - 62,4%, а в возрасте 58 лет и старше 72%. Ниже приведены расчетные уровни звука некоторых промышленных предприятий, дБА:

-   мотороиспытательные станции

и клепально-штамповочные цехи 110

-   металлургия, машиностроение                              100

-   деревообработка                                                       90

-   пищевая и химическая                                              85

-   швейная и ткацкая                                                    80

Установлено, что потеря слуха обычно наступает при воздействии шума в диапазоне частот 3000-6000 Гц, а нарушение разборчивости речи -при частоте 1000-2000 Гц. За счет негативных акустических воздействий общая заболеваемость населения, например, в городах возрастает на 30%.

Источниками вибрации являются: промышленные установки, технологические трубопроводы, строительные и др. объекты, в которых доминируют динамические процессы, вызванные ударами, резкими ускорениями и т.п. Разрушительное влияние вибрации с сопутствующим ей фактором -шумом - одна из самых трудноразрушимых проблем промышленной экологии.