Кислотные дожди

Термин «кислотные дожди» ввел в 1872 г. английский инженер Роберт Смит в книге «Воздух и дождь: начало химической клима­тологии». Кислотные дожди, содержащие растворы серной и азот­ной кислот, наносят значительный ущерб природе. Земля, водо­емы, растительность, животные и постройки становятся их жерт­вами. На территории России в 1996 г. вместе с осадками выпало более 4 млн. т серы и 1,25 млн. т нитратного азота. Особенно тре­вожная ситуация сложилась в Центральном и Центрально-Черно­земном районах, а также в Кемеровской области и Алтайском крае, в Норильске. В Москве и Санкт-Петербурге с кислотными дождя­ми на землю в год выпадает до 1500 кг серы на 1 км². Заметно меньше кислотность осадков в прибрежной зоне северных, запад­но- и восточносибирских морей. Самым благоприятным регионом в этом отношении признана Республика Саха (Якутия).

При сжигании любого ископаемого топлива (угля, горючего сланца, мазута) в составе выделяющихся газов содержатся диоки-си серы и азота. В зависимости от состава топлива их может быть меньше или больше. Особенно насыщенные сернистым газом выб­росы дают высокосернистые угли и мазут. Миллионы тонн диок­сидов серы, выбрасываемые в атмосферу, превращают выпадаю­щие дожди в слабый раствор кислот.

Окислы азота образуются при соединении азота с кислородом воздуха при высоких температурах, главным образом в двигателях внутреннего сгорания и котельных установках. Получение энергии, увы, сопровождается закислением окружающей среды. Дело ослож­няется еще и тем, что трубы теплоэлектростанций стали расти в высоту и достигают 250—300, даже 400 м, следовательно, выбросы в атмосферу теперь рассеиваются на огромные территории.

Дождевая вода, образующаяся при конденсации водяного пара, должна иметь нейтральную реакцию, т.е. рН (рН — показатель, характеризующий кислотные или щелочные свойства раствора). Но даже в самом чистом воздухе всегда есть диоксид углерода, и дож­девая вода, растворяя его, чуть подкисляется (рН 5,6—5,7). А воб­рав кислоты, образующиеся из диоксидов серы и азота, дождь ста­новится заметно кислым. Уменьшение рН на одну единицу озна­чает увеличение кислотности в 10 раз, на две — в 100 раз и т.д. Мировой рекорд принадлежит шотландскому городку Питлокри, где 20 апреля 1974 г. выпал дождь с рН 2,4, — это уже не вода, а что-то вроде столового уксуса.

В 70-х гг. в реках и озерах скандинавских стран стала исчезать рыба, снег в горах окрасился в серый цвет, листва с деревьев раньше ■Измени устлала землю. Очень скоро те же явления заметили в США, Венеде, Западной Европе. В Германии пострадало 30%, а местами Н№ лесов. И все это происходит вдали от городов и промышлен-BIX центров. Выяснилось, что причина всех этих бед — кислотные ■МШи.

Показатель рН меняется в разных водоемах, но в ненарушенной природной среде диапазон этих изменений строго ограничен, природные воды и почвы обладают буферными возможностями, Кии способны нейтрализовать определенную часть кислоты и со-Ванить среду. Однако очевидно, что буферные способности природы небеспредельны.

В водоемы, пострадавшие от кислотных дождей, новую жизнь могут вдохнуть небольшие количества фосфатных удобрений; они помогают планктону усваивать нитраты, что ведет к снижению кислотности воды. Использование фосфата дешевле, чем извести, кроме того, фосфат оказывает меньшее воздействие на химию воды. Земля и растения, конечно, тоже страдают от кислотных дождей: снижается продуктивность почв, сокращается поступление питательных веществ, меняется состав почвенных микроорганизмов. Ь Огромный вред наносят кислотные дожди лесам. Леса высыхают, развивается суховершинность на больших площадях. Кислота увеличивает подвижность в почвах алюминия, который токсичен для мелких корней, и это приводит к угнетению листвы и хвои, хрупкости ветвей. Особенно страдают хвойные деревья, потому что хвоя сменяется реже, чем листья, и поэтому накапливает больше вредных веществ за один и тот же период. Хвойные деревья желтеют, у них изреживаются кроны, повреждаются мелкие корни. Но и у ли­ственных деревьев изменяется окраска листьев, преждевременно I опадает листва, гибнет часть кроны, повреждается кора. Естествен­ного возобновления хвойных и лиственных лесов не происходит. * Все больший ущерб кислотные дожди наносят сельскохозяй­ственным культурам: повреждаются покровные ткани растений, изменяется обмен веществ в клетках, растения замедляют рост и развитие, уменьшается их сопротивляемость к болезням и парази­там, падает урожайность.

Специалисты американского университета штата Северная Каролина изучили воздействие, оказываемое кислотными дождя­ми на растения в период их максимальной восприимчивости к факторам внешней среды. Под влиянием кислотных дождей не-' посредственно после опыления в початках кукурузы формирова­лось меньше зерен, чем при орошении чистой водой. Причем чем больше в дождевой воде содержалось кислоты, тем меньше зерен образовывалось в початках. Вместе с тем выяснилось, что кислот- ные дожди, прошедшие до опыления, не оказывали заметного влияния на формирование зерен.

Проведены исследования степени восприимчивости к кислот­ным дождям 18 видов сельскохозяйственных культур и 11 видов декоративных растений на ранних стадиях роста. Наиболее подвер­женными вредоносному воздействию оказались листья томатов, сои, фасоли, табака, баклажанов, подсолнечника и хлопчатника. Наименее восприимчивыми — озимая пшеница, кукуруза, салат, люцерна и клевер.

Кислотные дожди не только убивают живую природу, но и разрушают памятники архитектуры. Прочный, твердый мрамор, смесь окислов кальция (СаО и С0₂), реагирует с раствором сер­ной кислоты и превращается в гипс (CaS0₄). Смена температур, потоки дождя и ветер разрушают этот мягкий материал. Истори­ческие памятники Греции и Рима, простояв тысячелетия, в пос­ледние годы разрушаются прямо на глазах. Такая же судьба грозит и Тадж-Махалу — шедевру индийской архитектуры периода Вели­ких Моголов, в Лондоне — Тауэру и Вестминстерскому аббатству. На соборе Св. Павла в Риме слой портлендского известняка разъе­ден на 2,5 см. В Голландии статуи на соборе Св. Иоанна тают, как леденцы. Черными отложениями изъеден королевский дворец на площади Дам в Амстердаме.

Более 100 тыс. ценнейших витражей, украшающих соборы в Шатре, Контербери, Кёльне, Эрфурте, Праге, Берне, в других городах Европы могут быть полностью утрачены в ближайшие 15— 20 лет.

Изучив новые данные о кислотности осадков, выпадающих в различных регионах Западной Европы, и о воздействии их на зда­ния и сооружения, сотрудники Дублинского университета (Ир­ландия) выявили, что самое катастрофическое положение сложи­лось в центре Манчестера (Великобритания), где за 20 месяцев кислотные осадки растворили более 120 г на 1 м² камня (песчани­ка, мрамора или известняка).

Город пострадал очень сильно, хотя общее количество осадков в наблюдаемый отрезок времени там было крайне низким. Очевид­но, слишком высока была степень их кислотности.

За Манчестером следует Липхун (графство Гэмпшир в Вели­кобритании) и Антверпен (Бельгия), где каждый камень под от­крытым небом потерял 100 г с 1 м². Даже такие известные загряз­ненностью атмосферы города, как Афины, Копенгаген и Амстер­дам, подверглись кислотному разрушению в значительно мень­шей степени.

Страдают от кислотных дождей и люди, вынужденные потреб-

лять питьевую воду, загрязненную токсическими металлами — ртутью, свинцом, кадмием и т.п.

Спасать природу от закисления необходимо. Для этого придет­ся резко снизить выбросы в атмосферу окислов серы и азота, но в первую очередь сернистого газа, так как именно серная кислота и ее соли на 70—80% обусловливают кислотность дождей, выпадаю­щих на больших расстояниях от места промышленного выброса.

Наблюдения за химическим составом и кислотностью осадков в России ведут 131 станция, отбирающие на химический анализ суммарные пробы, и 108 пунктов, на которых в оперативном по­рядке измеряют только величину рН. Пробы осадков на содержа­ние от 11 до 20 компонентов анализируются в пяти кустовых лабо­раториях.

Система контроля загрязнения снежного покрова на террито­рии России осуществляется на 625 пунктах, обследующих площадь в 15 млн. км². Пробы забирают на наличие ионов сульфата, нитрата аммония, тяжелых металлов, определяют значение рН.

— ВЫХЛОПЫ АВТОТРАНСПОРТА

В автомобильных двигателях внутреннего сгорания в мире еже­годно сжигается около 2 млрд. т нефтяного топлива. При этом ко­эффициент полезного действия в среднем составляет 23%, осталь­ные 77% уходят на обогрев окружающей среды.

В России автотранспорт ежедневно выбрасывает в атмосферу 16,6 млн. т загрязняющих веществ. Особенно тяжелая экологичес­кая ситуация сложилась в Москве, Санкт-Петербурге, Томске, Краснодаре. 30% заболеваний горожан непосредственно связаны с загрязненностью воздуха выхлопными газами.

Автомобильными двигателями выделяются в воздух городов более 95% оксида углерода, около 65% углеводородов и 30% окси­дов азота.

Известно, что топливо сгорает в камере при взаимодействии с кислородом воздуха. Этот процесс сопровождается интенсивным выделением тепла, которое и преобразуется в работу. Воспламе­нение и сгорание бензиновоздушной смеси (горючей смеси) длится тысячные доли секунды, и к такому быстрому процессу она не­достаточно хорошо приспособлена: в смеси остаются газы от предыдущего цикла, препятствующие доступу кислорода к ча­стицам топлива, не удается добиться ее идеального перемеши­вания. В результате не все топливо окисляется до конечных про­дуктов, и для нормального протекания процесса сгорания топли­во приходится добавлять.

ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Обязанность защищать окружающую среду закреплена в Кон­ституции Российской Федерации. В соответствии с законом РФ «Об охране атмосферного воздуха» за состояние атмосферного воздуха в России несут ответственность органы государственной власти, руководители субъектов Федерации, органы местного самоуправ­ления, юридические и физические лица. Система мер по предотв­ращению и уменьшению выбросов загрязняющих веществ в ат­мосферный воздух имеет целью защитить человека и окружаю­щую природную среду от вредных воздействий, уменьшить ущерб, наносимый материальным ценностям^

К компетенции центральных органов власти РФ в области ох­раны атмосферного воздуха отнесены:

— формирование и проведение на территории России единой государственной политики в этой области;

— принятие федеральных законов и иных нормативных право­вых актов и обеспечение их исполнения;

— разработка, принятие и обеспечение реализации федераль­ных и научно-технических программ, планирование других меро­приятий, их финансирование и материально-техническое обеспе­чение;

— установление ограничений на выброс загрязняющих веществ в атмосферный воздух для субъектов РФ по согласованию с орга­нами государственной власти субъектов РФ в соответствии с меж­дународными обязательствами России;

— определение порядка государственного учета выбросов заг­рязняющих веществ;

— нормирование качества атмосферного воздуха;

— определение порядка разработки и утверждения техничес­ких нормативов выбросов загрязняющих веществ, а также видов объектов, для которых они разрабатываются;

— определение порядка разработки и утверждения предельно допустимых и временно согласованных выбросов загрязняющих веществ;

— определение порядка выдачи специальных разрешений (ли­цензий) на выбросы загрязняющих веществ;

— установление порядка определения и взимания платы за выбросы загрязняющих веществ от стационарных и передвижных источников;

— осуществление государственного контроля за охраной ат­мосферного воздуха;

— осуществление мероприятий по защите населения при из­менении состояния атмосферного воздуха, представляющем угро­зу для здоровья людей на территории более одного субъекта РФ;

— установление порядка ограничения, приостановления и пре­кращения деятельности объектов, которые загрязняют атмосфер­ный воздух;

— установление порядка функционирования федеральной си­стемы мониторинга состояния атмосферного воздуха.

К компетенции субъектов РФ и муниципальных образований относятся реализация государственной политики в области охра­ны атмосферного воздуха на своей территории, принятие в соот­ветствии с федеральными законами нормативных правовых актов и обеспечение их выполнения.

(в целях охраны окружающей природной среды и здоровья на­селения специально уполномоченными органами санитарно-эпи­демиологического надзора и органами исполнительной власти РФ устанавливаются нормативы качества атмосферного воздуха.

Норматив качества атмосферного воздуха — это предельно до­пустимое кратковременное и долговременное содержание в атмос­ферном воздухе загрязняющих веществ, при котором не оказыва­ется неблагоприятного воздействия на здоровье человека, объек­ты животного и растительного мира и другие компоненты окружа­ющей природной среды. Установлены ПДК для 600 химических веществ при изолированном действии и для 33 их комбинаций. Эти ПДК разработаны только с учетом здоровья человекгуПри проектировании, застройке и реконструкции городов и других населенных пунктов органы исполнительной власти и местного самоуправления обязаны учитывать существующий уровень загряз­нения атмосферного воздуха и прогноз его изменения. В городах и других населенных пунктах, где предприятия загрязняют атмос­ферный воздух сверх допустимых пределов, специально уполно­моченные государственные исполнительные органы обязаны раз­рабатывать и осуществлять мероприятия по его охране.

При строительстве, вводе в эксплуатацию, реконструкции и техническом перевооружении предприятий, а также при внедре­нии новых технологических процессов должны предусматриваться меры по улавливанию, обезвреживанию вредных веществ, сниже­нию или полному исключению загрязняющих выбросов в атмос­феру. Необходимо соблюдать технические нормативы и нормативы предельно допустимых выбросов, исходя из того, что совокуп­ность выбросов от проектируемых, действующих и планируемых к строительству предприятий не должна ухудшать качество атмос­ферного воздуха.

Размещение, строительство, реконструкция и техническое пе­ревооружение предприятий, сооружений и других объектов до­пускается только после проведения государственной экологичес­кой экспертизы и по получении положительного заключения ор­ганов государственного надзора.

Производство на территории России и ввоз в РФ технологи­ческих установок, двигателей, транспортных и иных передвижных средств и установок допускаются только при наличии сертифика­тов, подтверждающих, что содержание загрязняющих веществ в выбросах от этих источников соответствует установленным норма­тивам. Такие сертификаты выдаются в порядке, определяемом пра­вительством России.

При ведении хозяйственной и иной деятельности, в том числе при сжигании различных веществ и материалов, эксплуатации транспортных средств и установок, оказывающих влияние на со­стояние атмосферного воздуха, юридические лица, осуществляю­щие эту деятельность, обязаны:

— определить уровень предельно возможных выбросов загряз­няющих веществ в атмосферный воздух от принадлежащих им ис­точников;

— своевременно в установленном порядке получать разреше­ние на выброс;

— соблюдать лимиты разрешенных выбросов в атмосферный воздух от стационарных источников и передвижных средств и ус­тановок;

планировать и осуществлять согласованные с территориаль­ными органами охраны окружающей природной среды мероприя­тия по улавливанию, утилизации, обезвреживанию загрязняющих воздух веществ, сокращению или исключению их выбросов в атмосферный воздух от стационарных источников, в том числе пу­тем внедрения малоотходных и безотходных технологий и обору­дования, а также по предупреждению аварийных выбросов;

— вести в установленном порядке учет и отчетность в области охраны атмосферного воздуха;

— осуществлять контроль за соблюдением установленных нор­мативов выбросов в атмосферный воздух;

— соблюдать правила эксплуатации сооружений, оборудова­ния, аппаратуры, предназначенных для очистки воздуха и конт­роля;

— соблюдать установленный режим санитарно-защитных зон между предприятием, сооружением или иным объектом хозяйствен­ной деятельности и жилой застройкой;

— обеспечивать в установленном порядке проверку транспорт­ных и иных передвижных средств и установок на соответствие ус­тановленным техническим нормативам;

— выполнять предписания государственных органов исполни­тельной власти, ответственных за охрану окружающей природной среды, и оперативно устранять нарушения.

Физические лица, осуществляющие хозяйственную деятельность или эксплуатирующие транспортные средства или установки, ока­зывающие влияние на состояние атмосферного воздуха, обязаны:

— соблюдать лимиты разрешенных выбросов в атмосферный воздух от стационарных источников;

— соблюдать правила эксплуатации сооружений, оборудова­ния, аппаратуры, предназначенных для очистки и контроля выб­росов загрязняющих веществ в атмосферный воздух;

— выполнять предписания государственных органов исполни­тельной власти, ответственных за охрану окружающей природной среды;

— обеспечивать прохождение в установленном порядке про­верку транспортных и иных передвижных средств и установок на соответствие установленным техническим нормативам.

Осуществление мероприятий по охране атмосферного воздуха не должно приводить к загрязнению других объектов природной среды.

При авариях и залповых выбросах, в результате которых про­изошло загрязнение атмосферного воздуха, необходимо прежде всего выявить источник загрязнения, затем оперативно известить о ситуации территориальные органы, ответственные за охрану окружающей природной среды, и принять меры, чтобы прекра­тить загрязнение.

Выявлять изменения состояния атмосферного воздуха, пред-

ставляющие угрозу здоровью населения, и оперативно об этом оповещать общественность должны службы наблюдения за состоя­нием окружающей природной среды.

В городах и других населенных пунктах с высокими уровнями загрязнения атмосферного воздуха контроль и регулирование вред­ных выбросов, ликвидацию последствий рассеивания загрязняю­щих воздух примесей при выпадании кислотных дождей и т.п. осу­ществляют специальные государственные органы, ответственные за охрану окружающей природной среды.

Перечень таких городов и других населенных пунктов, порядок проведения указанных работ, включая подготовку и передачу со­ответствующих прогнозов, определяются на основе данных, пред­ставляемых территориальными службами наблюдения за состоя­нием окружающей природной среды.

При получении предупреждения о метеорологических услови­ях, при которых увеличивается рассеивание примесей, при воз­никновении угрозы здоровью, нарушении условий, предусмотрен­ных в разрешении на выброс, предприятия и организации обяза­ны снизить или прекратить выбросы в атмосферный воздух.

В таких условиях исполнительные органы государственной вла­сти имеют право ограничить эксплуатацию транспортных и иных передвижных средств и установок в населенных пунктах, местах отдыха и туризма.

Лица, виновные в нарушениях законодательства в области ох­раны атмосферного воздуха, повлекших тяжелые прямые или кос­венные последствия для здоровья населения или окружающей при­родной среды, несут уголовную ответственность в соответствии с Уголовным кодексом РФ.

Вред, причиненный здоровью и имуществу граждан, имуще­ству юридических лиц в результате нарушения юридическими и физическими лицами требований законодательства по охране ат­мосферного воздуха, подлежит возмещению в полном объеме в соответствии с УК РФ.

Санитарно-защитные зоны. Согласно санитарным нормам и правилам 2.2.1.5/2.1.1.567—96 «Санитарно-защитные зоны и сани­тарная классификация предприятий, сооружений и иных объек­тов», предприятия, их отдельные здания и сооружения, техноло­гические процессы, которые являются источниками выделений в окружающую среду вредных и пахучих веществ, а также источни­ками шума, вибрации, ультразвука, электромагнитных волн ра­диочастот, статического электричества, необходимо отделять от жилой застройки санитарно-защитными зонами.

Санитарно-защитная зона (СЗЗ) — обязательный элемент лю бого промышленного предприятия или другого объекта, которые могут быть источниками химического, биологического или физи­ческого воздействия на окружающую среду и здоровье человека.

Санитарно-защитная зона — территория между жилищной за­стройкой и границами промплощадки, складов открытого и зак­рытого хранения материалов и реагентов, предприятий сельского хозяйства с учетом перспективы их расширения. Она предназначе­на для:

— обеспечения требуемых гигиенических норм содержания в приземном слое атмосферы загрязняющих веществ, уменьшения отрицательного влияния предприятий, транспортных коммуника­ций, линий электропередач на население, уменьшения факторов физического воздействия — шума, повышенного уровня вибра­ции, ультразвука, электромагнитных волн и статического элект­ричества;

— создания архитектурно-эстетического барьера между про­мышленностью и жилыми районами;

— организации дополнительных озелененных площадей с це­лью усиления ассимиляции и фильтрации загрязнителей атмос­ферного воздуха, а также повышения активности процесса диф­фузии воздушных масс для локального благоприятного влияния на климат.

Организация, озеленение и благоустройство санитарно-защит-ной зоны должны учитываться на всех этапах разработки предпро-ектной и проектной документации, строительства и эксплуатации предприятия или промышленного комплекса.

В предпроектной документации на строительство новых, ре­конструкцию или техническое перевооружение действующих пред­приятий и сооружений должны быть предусмотрены средства на организацию и благоустройство санитарно-защитных зон, вклю­чая переселение жителей, а в проектно-сметной документации должен содержаться проект ее организации, благоустройства и озеленения в соответствии с действующими нормативами.

В проект организации санитарно-защитной зоны должны быть включены:

— характеристика природно-климатических условий;

— отчеты о почвенном обследовании и изучении лесорасти-тельных условий района озеленения;

— материалы инвентаризации зданий, сооружений и насажде­ний;

— материалы, характеризующие сельхозугодья.

В зависимости от мощности, условий эксплуатации, концент­рации объектов на данной территории, характера и количества

выделяемых в окружающую среду токсических и пахучих веществ, уровня создаваемого шума, вибрации и других вредных физичес­ких факторов для предприятий, производств и объектов устанав­ливаются следующие минимальные размеры санитарно-защитных зон: предприятия 1-го класса — 2000 м; 2-го класса — 1000 м; 3-го класса — 500 м; 4-го класса — 300 м; 5-го класса — 100 м.

Для мини-производств (предприятий пищевой, парфюмерно-косметической промышленности, общественного питания, зре­лищных и культурных объектов) минимальная СЗЗ принимается равной 50 м при расчетном обосновании ее достаточности по шу­мовому воздействию.

Очистка выбросов в атмосферу. Газоочистные и пылеулавлива­ющие установки разделяют на технологические и санитарные. Ус­тановки технологической очистки — это сооружения и аппараты, включенные в технологический процесс и исключающие газовые выбросы в атмосферу. Установки санитарной очистки — сооруже­ния и аппараты, препятствующие вредным технологическим и вен­тиляционным выбросам, а также служащие для возврата сырья.

В основе многих технологических методов очистки газов лежат процессы взаимодействия газов с жидкими или твердыми погло­тителями, а также процессы химического превращения ядовитых примесей в нетоксичные соединения при высоких температурах или в присутствии катализаторов. В связи с этим наибольшее рас­пространение при очистке газов получили абсорбционные, адсорб­ционные и каталитические методы.

Каталитический метод восстановления окислов азота приме­няют в нескольких системах получения азотной кислоты при дав­лении 3,5х20⁵ Па. В схемах используют отечественные марки ката­лизаторов на основе палладированной окиси алюминия.

Среди методов очистки промышленных выбросов от сернисто­го ангидрида следует назвать следующие:

— аммиачные методы, позволяющие одновременно с очист­кой газов от S0₂ получать сульфит и бисульфит аммония, которые используются как товарные продукты либо разлагаются кислотой с образованием высококонцентрированной S0₂ и соответствую­щей соли;

— методы нейтрализации сернистого ангидрида, позволяющие одновременно получать сульфиты и сульфаты, что обеспечивает высокую степень очистки газов, но получаемые продукты имеют ограниченный спрос в народном хозяйстве;

— каталитические методы, основанные на окислении сернис­того ангидрида в присутствии катализаторов с получением разбав­ленной серной кислоты.

Тот или иной метод очистки от сернистого ангидрида должен быть выбран с учетом местных условий, наличия поглотителей и потребности в получаемых продуктах.

В зависимости от природы сил, используемых в пылеулавлива­ющих аппаратах для отделения частиц пыли от газового потока, их подразделяют на четыре основные группы:

— пылеосадительные камеры и циклоны;

— аппараты мокрой очистки газов;

— пористые фильтры;

— электрические фильтры.

Из инерционных аппаратов центробежного типа наибольшее распространение получили циклоны. В отечественной практике применяют различные циклоны. При очистке большого количе­ства газов для достижения высокой степени улавливания пыли устанавливают группу циклонов относительно небольшого ди­аметра — так называемые батарейные циклоны, состоящие из боль­шого числа параллельно установленных циклонных элементов, объединенных в одном корпусе и имеющих общий коллектор для подвода, отвода газов и общий бункер для сбора пыли. В отличие от обычных, в батарейных циклонах газовьгиГ поток получает необ­ходимое для выделения пыли вращательное движение не с помо­щью подвода его по касательной, а с помощью направляющего аппарата. Размеры такого батарейного циклона значительно мень­ше, чем у группы обычных циклонов той же производительности.

Батарейные циклоны можно устанавливать только в тех случа­ях, когда улавливаемая пыль обладает достаточной сыпучестью и не смачивается. В противном случае элементы циклона забиваются и работа его затрудняется.

Одним из простых и эффективных способов очистки промыш­ленных газов от взвешенных частиц является мокрый способ, по­лучивший в последние годы значительное распространение в оте­чественной промышленности и за рубежом. При высокой эффек­тивности аппараты мокрой очистки газов отличаются от аппара­тов сухой очистки дешевизной.

Отдельные виды таких аппаратов, например турбулентные газо­промыватели, могут быть применены для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм. По степени очистки они могут не только ус­пешно конкурировать с такими высокоэффективными пылеулови­телями, как рукавные фильтры, но и использоваться в тех случаях, когда рукавные фильтры нельзя применять из-за высокой темпера­туры, повышенной влажности или взрывоопасности очищаемых газов. В аппаратах мокрой очистки газов одновременно со взвешенными частицами улавливаются паро- и газообразные компоненты

К недостаткам мокрой очистки можно отнести необходимость обработки образующихся сточных вод и защиты аппаратов от коррозии при обработке агрессивных сред, а также повышенный брызгоунос. Однако, несмотря на эти недостатки, мокрые газоочистные аппараты с успехом применяют в химической промышленности и в газоочистных системах одновременного охлаждения и увлажнения газов.

Безотходное и малоотходное производство. При всем огромном арсенале современной газоочистительной техники радикальным решением все-таки остается создание технологических процессов, основанных на комплексном использовании сырья, вообще не дающем отходов, способных загрязнять природную среду.

Возможность стабилизации и улучшения качества окружающей среды путем более рационального использования всего комплекса природных ресурсов связана с созданием и развитием безотходно­го производства. Ресурсосбережение является решающим источни­ком удовлетворения растущих потребностей народного хозяйства. Важно добиться, чтобы прирост потребностей в топливе, энер­гии, сырье и материалах на 75—80% удовлетворялся в результате их экономии, т.е. максимального исключения потерь и нерацио­нальных расходов. Важно широко вовлекать в хозяйственный обо­рот вторичные ресурсы, а также попутные продукты.

Под безотходной технологией понимают такой принцип орга­низации производства, при котором цикл «первичные сырьевые ресурсы — производство — потребление — вторичные сырьевые ресурсы» построен с рациональным использованием всех компо­нентов сырья, всех видов энергии и без нарушения экологическо­го равновесия. Безотходное производство может быть создано в рамках комбината, отрасли, региона, а в конечном счете — для всего народного хозяйства.

Примером естественного «безотходного производства» являются некоторые природные экосистемы — устойчивые совокупности со­вместно обитающих организмов и условий их существования, тесно связанные друг с другом. В этих системах осуществляется полный круговорот веществ. Конечно, экосистемы не вечны и развиваются во времени, но они обычно настолько устойчивы, что способны преодолевать даже некоторые изменения внешних условий.

Безотходное производство может мыслиться лишь теоретичес­ки, поскольку законы природы не позволяют полностью превра­щать энергию в работу. Да и потери вещества не могут быть нуле­выми. Довести их до нуля, пусть даже ценой огромных затрат, не­возможно уже потому, что системы улавливания после какого-то предела сами начнут «производить» новые отходы в большем ко- личестве, чем те, для которых они были созданы. Более того, все без исключения промышленные химические реагенты не являют­ся абсолютно чистыми и содержат то или иное количество приме­сей. Ссылки на закон сохранения материи, из которого якобы вы­текает возможность создания идеально безотходных производств, представляются просто наивными. Да и экосистемы при нормаль­ном существовании вовлекают в круговорот не все вещества: пос­ле гибели животных, птиц и рыб остаются скелеты, моллюски-раковины. Но цель — максимально приблизиться к теоретическо­му пределу — определяет и средства ее достижения. В данном слу­чае это комплексная переработка сырья, создание газообразных систем, разумное кооперирование, сочетание производств в рам­ках комбинатов и территориально-производственных комплексов. Понятие о безотходном производстве позволяет сформулировать требования к новым технологиям и новым аппаратам.

В определении безотходного производства учитывается стадия потребления, что налагает ограничения на свойства производи­мых продуктов потребления, влияет на их качество. Главные тре­бования — надежность, долговечность, возможность возвращения в цикл на переработку или превращения в экологически безвред­ную форму.

Важнейшей составной частью концепции безотходного произ­водства являются также понятия нормального функционирования окружающей среды и ущерба, наносимого ей отрицательным ан­тропогенным воздействием. Концепция безотходного производства основывается на том, что производство, неизбежно воздействуя на окружающую среду, не нарушает ее нормального функциони­рования.

Создание безотходного производства представляет собой дли­тельный и постепенный процесс, требующий решения ряда взаи­мосвязанных технологических, экономических, организационных, психологических и других задач. В основу создания безотходного промышленного производства на практике должны закладываться в первую очередь принципиально новые технологические процес­сы и оборудование.

Новосибирские ученые предложили оригинальную идею — создание безотходного промышленного центра на основе управля­емого взаимодействия выбросов многих предприятий. Другими сло­вами, нужен газовый аналог обычной канализации.

Как это можно реализовать практически? Не останавливая про­изводственных процессов на предприятиях, проложить систему подземных труб для транспортировки газовых выбросов к распре­делительному устройству. Зная состав выбросов, с помощью этого

устройства можно объединить их в группы и направить в простей­шие реакторы первой ступени, где они, взаимодействуя между собой, образуют жидкие и твердые вещества. Те выбросы, которые не вошли ни в одну из групп, направляются в обход реакторов первой ступени.

Газообразные продукты из реакторов последней ступени под­водятся к газовому коллектору, откуда попадают в подземную га­зовую магистраль, отводящую газ за город к единому специализи­рованному предприятию. Оно должно быть оснащено аппаратурой и специальными реакторами, так что поступающие газы утилизи­руются либо обезвреживаются и выпускаются в атмосферу.

Подключение предприятий к газовой канализации можно вы­полнить в очень короткое время без нарушения существующих систем выбросов.

Авторы считают, что в нашей стране накоплен огромный опыт сооружения и эксплуатации трансконтинентальных газопроводов, оснащенных насосными станциями и работающих под давлением в десятки атмосфер. По сравнению с ними создание системы, пре­дусматривающей транспортировку за черту города газовых выбро­сов под давлением немного выше атмосферного, на расстояние в несколько километров, — весьма несложная задача.

Продукты утилизации газов можно использовать в народном хозяйстве, тепло, поступающее от горячих газов из дымовых труб предприятий, могло бы пойти на промышленные и бытовые нуж­ды города, в том числе и на энергетическое обеспечение предлага­емой системы.

Безотходное производство требует рециркуляции газовых по­токов. Примером такой организации технологического процесса является система использования аспирационного воздуха после очистки на рукавных фильтрах в корпусах обогатительных фабрик асбестовых комбинатов. Подобная система позволяет не только очистить воздух до требуемых нормативов, но и получать дополни­тельную продукцию и поддерживать требуемую температуру внут­ри корпусов в зимний период без дополнительных затрат тепла.

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. В этом случае отходы в полной мере отвечают оп­ределению Д.И. Менделеева, назвавшего их «пренебрегаемыми продуктами химических превращений, которые со временем ста­новятся исходной точкой нового производства».

Наиболее благоприятные возможности для комбинирования и кооперации различных производств складываются в условиях тер­риториально-производственных комплексов.

На машиностроительной фирме «Хитачи Зоссен» около города Осака пущена в эксплуатацию первая в Японии установка по полу­чению серной кислоты из отходящего сернистого газа такой низкой концентрации, перерабатывать который традиционными способами невозможно. Установка изготовлена японской фирмой в соответствии с приобретенной ею в нашей стране лицензией на производство принципиально новых промышленных аппаратов, действующих на основе так называемого нестационарного каталитического процес­са, или, как назвали его химики США, «русского процесса», впер­вые в мире разработанного и осуществленного в Институте ката­лиза Сибирского отделения Российской Академии наук.

Производя полезный продукт, установка эта одновременно выполняет и природозащитную роль, так как очищает промыш­ленные выбросы завода от вредного их содержимого. На изготовле­ние ее требуется в несколько раз меньше металла, чем на тради­ционную. Она автотермична, т.е. не только не требует обычных затрат тепла на поддержание химической реакции, но и сама вы­рабатывает высокотемпературное тепло, пригодное для отопления или для технологических целей.

На комбинатах «Печенеганикель», на Медногорском медно-серном, на Красноуральском горно-металлургическом и некото­рых других действуют установки по производству серной кислоты из отходящих газов низкой концентрации. Здесь ежегодно получа­ют из воздушных выбросов около полумиллиона тонн серной кис­лоты, тем самым осуществляя первые шаги в разрядке сложной экологической обстановки. Только одна установка на Кольском полуострове снизила суммарные выбросы сернистого газа в этом регионе на 15%.

Время выдвинуло на первый план экологическую роль малоот­ходной технологии. Сегодня она, как никакой другой метод, с са­мыми минимальными капитальными вложениями и затратами энергии в состоянии обезвредить газообразные промышленные выбросы (кроме сернистого газа) от различных органических ве­ществ, окислов азота, угарного газа. При всей напряженности эко­логической ситуации в стране действует около полутора десят­ков промышленных установок нетрадиционного катализа по обез­вреживанию воздушных выбросов: три — на Новосибирском ме­таллургическом заводе, одна — на Бийском олеумном, несколь­ко—в Кемерово и Омске, одна — в Москве. Однако предприяти­ям во много раз дешевле обходится штраф за загрязнение атмосферы, нежели монтаж дешевой обезвреживающей установки. Из­менить положение сможет только введение оплаты предприятия­ми по достаточно высокой шкале количества вредных выбросов. Тогда станет ясно, что установка сбережет миллионы рублей и нет другого выхода, как быстро ее смонтировать.

Концерн «Мется-Серла» стал первой в скандинавских странах бумагоделательной компанией, чьей продукции присвоен «север­ный экологический знак». В соответствии с решением Совета Ми­нистров северных стран им с 1990 г. отмечаются те виды промыш­ленной продукции, которые произведены с максимальным уче­том требований по защите окружающей среды. Отныне сразу три сорта выпускаемой концерном бумаги получили право маркиро­ваться изображением лебедя.

В 1990 г. на заводе в городе Каскинен (Западная Финляндия), принадлежащем входящей в состав концерна фирме «Мется-Бот-ниа», была выпущена первая крупная промышленная партия цел­люлозы, изготовленной без применения хлора. Событие более чем примечательное, учитывая, что именно отбелка хлором и его со­единениями приводит к образованию многих вредных веществ (в том числе диоксинов), которые, попадая с промышленными стоками в окружающую среду, наносят ей наибольший вред. Вместо агрессивных хлористых соединений финские бумажни­ки успешно применили при отбелке кислород, ферменты и пе­рекись водорода. Из целлюлозы, полученной на базе новой техно­логии, производится бумага, соответствующая по белизне жур­нальным сортам.

Полностью бесхлорная технология отбелки целлюлозы разра­ботана в Институте органической химии АН Киргизии. Ее внедре­ние коренным образом изменит экологическую обстановку вокруг предприятий целлюлозно-бумажной промышленности. Киргизские ученые нашли возможность заменить хлор азотной кислотой, ко­торая в процессе отбеливания целлюлозы не образует никаких вред­ных веществ. Напротив, в результате введенного новшества отходы бумажного производства делаются пригодными для последующей утилизации. Их, например, можно использовать для изготовления азотных удобрений. Институт разработал для бумажной промыш­ленности и второй вариант технологии: все производство ведется по замкнутому циклу.

В России уже немало предприятий так организовали техноло­гический процесс, что практически не имеют сбросов. К ним от­носятся Воскресенское объединение «Минудобрения», производ­ственное объединение «Нижнекамскнефтехим», Белгород-Днест­ровский завод медицинских изделий из полимеров.

Среди огромного разнообразия строительных материалов, су­ществующих сегодня в мире, главенствующее положение по-пре­жнему занимает цемент. В то же время сама технология получения цемента в промышленном масштабе до последнего времени оста­лась практически неизменной: цементная промышленность рабо­тает на научных концепциях, созданных в XIX в. Основным недо­статком построенных на этих концепциях технологий являются высокие теплозатраты. Сегодня в цементной промышленности рас­ходуется свыше 200 кг топлива на каждую тонну продукта. Россий­ские ученые создали научную базу получения цемента на новой минералогической основе. Такой цемент, названный алинитовым, можно получать со значительной экономией топлива, радикально снизив температуру обжига клинкера — полупродукта цемента. Принципиально новые возможности появились и в области созда­ния оборудования для получения алинитового цемента. На смену громоздким вращающимся печам придут компактные конвейер­ные технологии. Все это уменьшит выбросы в атмосферу.

Контроль за охраной атмосферного воздуха. Наблюдения за со­стоянием атмосферы проводятся в городах и населенных пунктах России 661 стационарным постом Росгидромета — в 236 городах и поселках. В большинстве городов измеряются концентрации от 5 до 30 веществ. В системе Росгидромета имеется 107 химических лабо­раторий, в 53 кустовых лабораториях анализируются пробы возду­ха для 89 городов. На территории РФ действуют пять централизо­ванных лабораторий (например, в Обнинске — для определения концентраций бензапирена и металлов, в Екатеринбурге — для определения концентраций металлов), а также 12 газохроматографических лабораторий для определения концентраций аромати­ческих углеводородов.

Контролируют качество атмосферы и с помощью стационар­ных комплексных лабораторий, оснащенных сложной аппарату­рой для измерения количества загрязняющих веществ.

Стационарная комплексная лаборатория «Пост-1» позволяет производить одновременный отбор 8-10 проб воздуха по задан­ной программе. Содержание сернистого ангидрида и окиси угле­рода при этом определяется автоматически с выводом данных на самописец. Для анализа содержания вредных примесей в связи с метеорологическими условиями вместе с отбором проб определя­ют направление ветра в азимуте от 0 до 360°, измеряют скорость ветра, температуру воздуха, относительную влажность, атмосфер­ное давление.

При маршрутных наблюдениях и дополнительных обследова­ниях загрязнения атмосферного воздуха используются передвиж- ные лаборатории типа «Атмосфера». Измерительные приборы и оборудование лаборатории, смонтированные в кузове автофурго­на типа «УАЗ-452А», позволяют одновременно отбирать пробы воздуха на окислы азота, окись углерода, сернистый ангидрид, пыль, сажу, проводить метеорологические наблюдения. Лаборато­рии типа «Атмосфера» могут проводить ежегодно анализ до 5000 проб.

Данные об уровне загрязнения атмосферы используются при составлении кратковременных прогнозов, предупреждений о воз­можном повышении загрязненности в связи с неблагоприятными метеорологическими условиями, для выработки мер, направлен­ных на понижение концентрации вредных веществ.

В Москве действуют 36 стационарных постов, на которых воз­дух оценивается по 30 стандартным показателям. При необходимо­сти число показателей может быть увеличено.

В России разработаны высокоэффективные дистанционные и автоматические средства контроля за качеством атмосферного воз­духа. В Центральной аэрологической обсерватории разработаны автоматические спектроскопические приборы. Подобные техничес­кие средства позволяют на расстоянии изучать загрязненные учас­тки атмосферы. Исследуемую область прошивают лучом. По сни­жению интенсивности возвратившегося потока света судят о чис­тоте воздуха. Преимущества этого способа контроля перед обыч­ным взятием проб воздуха неоспоримы: практически мгновенно получается результат, обследование можно проводить на больших площадях, к тому же непрерывно.

Оптический измеритель мощности выбросов диоксида азота в атмосферу многочисленными ТЭЦ и предприятиями химической промышленности внешне напоминает фиксатор скорости, широ­ко используемый работниками госавтоинспекции: объектив наво­дится на интересующий участок и на экране сразу же появляются цифры, говорящие о степени загрязненности.

В Институте космического приборостроения для контроля за загрязнением атмосферного воздуха разработаны мобильные ла­зерные комплексы. Одна такая лазерная система, установленная на крыше высотного дома, уже действует в Москве. Мощности стационарного лазера недостаточно для обнаружения небольших очагов экологического загрязнения, поэтому экологические служ­бы заказали мобильные комплексы. Лазерные пушки монтируются на грузовиках ЗИЛ-130, которые будут работать в разных районах столицы. Мобильная лаборатория поможет установить точные ко­ординаты источника загрязнения и провести анализ выброшен­ных в атмосферу вредных веществ.

Сеть станций наблюдения трансграничного переноса веществ установлена на западных границах России. В настоящее время ра­ботают три станции — в Янискоси, Пушкинских горах и на Пине-ге. На станциях наблюдения производится отбор проб атмосфер­ных аэрозолей, газов (диоксидов азота и серы) и атмосферных осадков.

Глобальный атмосферный фоновый мониторинг ведут станции трех типов — базовые, региональные и региональные с расширен­ной программой. На территории России работают шесть станций региональных: они удалены от промышленных центров и обеспе­чивают сбор репрезентативной информации, позволяющей опре­делить тенденцию в изменениях химического состава осадков, выпадающих в регионе.

Для оценки и прогноза влияния антропогенных факторов на состояние природной среды РФ функционирует система фонового мониторинга. Шесть станций комплексного фонового мониторин­га расположены в биосферных заповедниках: Варгузинском, Цен­трально-Лесном, Воронежском, Приокско-Террасном, Астрахан­ском и Кавказском. Информация собирается о важнейших компо­нентах атмосферы — озоне и углекислом газе, об оптической плот­ности аэрозоля, химическом составе осадков, атмосферно-элект-рических характеристиках. Системой фонового мониторинга Рос­сии проводятся регулярные измерения на сетях станций по следу­ющим параметрам:

— общее содержание озона — на 30 станциях;

— общее содержание углекислого газа — на 3 станциях;

— химический состав осадков — на 11 станциях;

— атмосферное электричество — на 4 станциях. Наблюдения за этими компонентами входят в обязательную

программу исследований в рамках глобальной службы атмос­феры и сети глобального фонового мониторинга. Российские станции являются частью глобальных международных наблюда­тельных сетей.

Дата добавления: 2015-08-18