Охрана природы

ОХРАНА ПРИРОДЫ, комплекс естественнонауч. техн.-про-изводств., экономич. и административно-правовых меро-приятии, осуществляемых в пределах данного государства или его части, а тaкжe в международном масштабе, по охране, рациональному использованию и восстановлению живой (растительность и животный мир) и неживой (почвы, воды, атмосфера, недра, климат и др.) природы. О. п. включает защиту ее и человека от воздействия всех чужеродных хим. соед.-ксенобиотиков (пром. загрязнения, удобрения, пестициды, препараты бытовой химии, лек. ср-ва и т.п.), к-рые могут нарушать равновесие прир. процессов в биосфере и вызывать гибель живых организмов. Данная статья посвящена в осн. проблемам О. п. от загрязнений предприятиями хим. отраслей пром-сти. О рациональном использовании прир. и вторичных сырьевых ресурсов и энергии подробно см., напр., Безотходные производства, Обогащение полезных ископаемых.

Научно-технический прогресс и окружающая среда

Общие положения. К сер. 20 в. опасность необратимых загрязнений и изменений окружающей среды стала одной из глобальных проблем человечества. Усиление антропогенного воздействия на природу обусловлено прежде всего значит. ростом с начала текущего столетия населения Земли (с 1,5 до 5 млрд. чел.), а также еще более быстрым увеличением добычи и переработки прир. ресурсов. Мировые энер-гетич. мощности и объем пром. продукции удваиваются соотв. каждые 12 и 15 лет. Прогнозы показывают, что индустриальные нагрузки на окружающую среду к нач. 21 в. возрастут в 2,5-3,0 раза. Ежегодно из земных недр извлекается св. 100 млрд. т полезных ископаемых, выплавляется 800 млн. т металлов, вырабатывается более 60 млн. т синтетич. материалов, на поля вносится 500 млн. т удобрений и более 2 млн. т пестицидов и т. д.; используется 13% речных стоков, в водоемы мира сбрасывается 700 млрд. м³ пром. и бытовых сточных вод; снос с суши твердых в-в в океаны достигает 17,4 млрд. т. Развитие мировой индустрии сопровождается образованием значит. кол-в отходов, к-рых уже сейчас приходится 20 т/год на каждого жителя Земли.

Последствия техногенного влияния на окружающую среду настолько серьезны, что привели к заметному ухудшению экологич. состояния атмосферы, гидросферы и литосферы. Осн. источники загрязнений атмосферы -пром-сть, транспорт, тепловые электростанции. Наиб. доля загрязнений атм. воздуха приходится на оксиды углерода, серы и азота, углеводороды и пром. пыль. Ежегодно в атмосферу Земли выбрасывается (млн. т): СО₂-2·10⁴, СО-200, SO₂-150, (NO + NO₂)-50, пыль-250, углеводороды-св. 50; в СССР (всего вредных в-в пром-стью и транспортом) -100. Каждый из имеющихся в мире автомобилей за пробег длиной 15 тыс. км потребляет в среднем 4350 кг О₂ и выбрасывает выхлопные газы, содержащие примерно 200 в-в, в т. ч. 3250 кг СО₂, 530 кг СО, 27 кг (NO + NO₂), 93 кг углеводородов (включая канцерогенные соед.). Кроме того, в результате широкого использования тетраэтилсвинца в качестве антидетонац. добавки к бензину с выхлопными газами выбрасываются оксиды, хлориды, фториды, нитраты и сульфаты свинца. Твердые частицы этих соед. образуют аэрозоли, к-рые оседают в непосредств. близости от автомобильных дорог. Время нахождения мелких частиц свинца в атмосфере составляет от одной до четырех недель.

Насыщение биосферы тяжелыми металлами - одно из наиб. важных глобальных последствий науч.-техн. революции. За всю историю человечества выплавлено ок. 20 млрд. т железа. Его кол-во в материалах, из к-рых изготовлены сооружения, машины, транспортные ср-ва и т. д., составляет ок. 6 млрд. т, остальное кол-во железа рассеяно в окружающей среде, куда ежегодно попадает более 25% его продукции. Др. металлы мигрируют в больших кол-вах: напр., степень рассеивания ртути и свинца достигает 80-90% от их годового произ-ва. При сжигании угля с отходящими газами в атмосферу поступает более 120 млн. т золы, в к-рой нек-рых элементов содержится больше, чем добывается из земных недр: Mg в 1,5 раза, Мо в 3 раза, As в 7 раз, U и Ti в 10 раз, Аl, I, Со в 15 раз, Hg в 50 раз, Li, V, Sr, Be, Zr в сотни раз, Са, Ge в тысячи раз, Y в десятки тысяч раз; в результате они возвращаются на Землю.

Рассеянные элементы способны концентрироваться в растениях, водоемах и почве. В организм человека они могут поступать с продуктами питания, питьевой водой и воздухом. Опасными загрязнениями окружающей среды стали радиоактивные в-ва, образующиеся в результате ядерных взрывов, аварий на АЭС (напр., на Чернобыльской), развития ядерной энергетики. Вследствие накопления загрязнений, в первую очередь нек-рых хладонов, в атмосфере происходит разрушение озонового слоя, предохраняющего земную пов-сть от коротковолнового солнечного излучения.

Загрязнения, поступающие в атмосферу, возвращаются с осадками на Землю и попадают в водоемы и почву. Сточными водами пром-сти агропром. комплекса загрязняются реки, озера и моря. В них поступает более 30 млн. т/год разл. отходов, содержащих соли, нефть и нефтепродукты, удобрения, пестициды и др. Тяжелые металлы в составе загрязнений (Pb, Hg, Zn, Cu, Cd), попавшие в водоемы, активно поглощаются животными и рыбами, к-рые погибают сами или отравляют людей, использующих их в пищу. Известны случаи отравления ртутью, к-рая попадала в организм человека вместе с рыбой (см. также ниже). В результате аварий судов, промывки резервуаров танкеров, утечек нефти при добыче ее в шельфовых зонах в воды океана поступает 12-15 млн. т/год жидкого горючего. Каждая тонна нефти покрывает тонкой пленкой 12 км² водной пов-сти и загрязняет до 1 млн. т воды. В настоящее время нефтью и нефтепродуктами загрязнена уже ¹/₅ акватории Мирового океана. Нефтяная пленка способствует гибели оплодотворенной икры рыб, нарушает процессы фотосинтеза и выделения кислорода, осуществляемого фитопланктоном, т. е. происходит нарушение газо- и влагообмена между атмосферой и гидросферой.

Значит. водопотребление привело к ухудшению экологич. обстановки, напр., в ряде крупных регионов СССР (см. ниже). Так, вследствие безвозвратного изъятия почти всего стока рек Амударья и Сырдарья объем воды в Аральском море за последние 20 лет уменьшился на 54%; уровень моря продолжает падать, а соленость воды в нем, так же как и в Азовском море, повышается.

Огромное кол-во отходов попадает в почву, самоочищение к-рой не происходит или протекает очень медленно. Поэтому в почве интенсивно накапливаются разл. металлы и токсичные в-ва, что способствует постепенному изменению ее хим. состава, снижению плодородия и разрушению экологич. систем.

Большой вред окружающей среде наносит неумелое потребление удобрений (особенно азотных) и пестицидов. Так, в США на 1 т удобрений получают 16 т зерна, а в СССР-только 6 т (1990). Поэтому для интенсификации с.-х. произ-ва в нек-рых районах нашей страны увеличивают нормы внесения в почву азотных удобрений, что приводит к негативным последствиям. Именно в этих районах наблюдались болезни и гибель с.-х. животных из-за потребления ими кормов, содержащих св. 1 % нитратов (в расчете на массу сухого корма). Для поднятия урожайности с.-х. культур часто недопустимо увеличивают также нормы опыления объектов пестицидами. В СССР ежегодно в среднем на душу населения расходовалось 1,3кг пестицидов (в США-1,9 кг). Однако их использование в хлопко- и рисосеящих районах превышает среднюю величину в сотни раз, но не способствует росту урожайности. Более 95% от вносимого кол-ва пестицидов не достигает, как правило, обрабатываемых объектов и попадает в почву, водоемы и воздух, где постепенно накапливаются. Это приводит к большим потерям флоры вследствие уничтожения насекомых-опылителей пестицидами. Мн. из них являются канцерогенами, обнаруживают мутагенную активность, вызывают у людей аллергич. заболевания. Ежегодно пестицидами в мире отравляется более 1 млн. человек.

В мире сжигается угля и нефти соотв. до 5 и 3,2 млрд. т/год; при этом выделяется 2·10²⁰Дж тепловой энергии, к-рая рассеивается в окружающей среде, изменяя ее температурный режим. При росте произ-ва энергии на 6% в год в сер. 21 в. начнется повышение средней т-ры планеты (в ряде регионов этот процесс уже происходит). Мощность всех источников энергии на Земле составляет 10¹³ Вт, а мощность поступающей на нее солнечной энергии достигает 10⁷ Вт; чтобы исключить глобальное повышение тепловой нагрузки на окружающую среду, мощность земных источников энергии нельзя увеличивать более чем в 10 раз. Возрастание тепловой нагрузки отрицательно влияет на тсрмич. и биол. режимы водостоков, способствует изменению в водоемах р-римости газов в воде, увеличению восприимчивости к заболеваниям живых организмов, замене обычных водорослей синезелеными.

Т. обр., выброс пром. загрязнений приводит к необратимому разрушению как отдельных экологич. систем, так и биосферы в целом, включая воздействие на глобальные физ.-хим. параметры среды. Происходит закисление почв, гибель лесов и опустынивание больших территорий; изменяется видовой состав флоры и фауны во мн. водоемах, загрязняются не только мелкие реки, но и крупные водные объекты (напр., озера Байкал и Ладожское, Азовское и Черное моря), ощущается нехватка пресной воды; атмосфера мн. городов насыщается неорг. и орг. соед., концентрации к-рых выше ПДК; исчезают мн. виды растений и животных, возникают новые болезни, нерационально используются прир. ресурсы-с отходами теряются огромные кол-ва ценных в-в.

В связи с возрастанием негативных изменений в окружающей среде в 70-80-х гг. в мире принято и предусматривается принять большое число международных и региональных конвенций, соглашений, программ, проектой по разл. проблемам О. п. Примеры: постоянно действующая Программа ООН по окружающей среде (1972); Всемирная стратегия О. п. (1980); Конвенции по охране вод Мирового океана от загрязнения нефтью (1977), флоры и фауны суши (1981), озонового слоя (1985); ежегодные международные конференции (с 1980), посвященные мерам по снижению опасности хлорной продукции, особенно типа "диоксина"-полихлорированных полициклич. соед. (ПХПС) и т.д.

В СССР вопросы охраны окружающей среды отражены в законах и спец. постановлениях о Земле, ее недрах, водах, лесах, атм. воздухе и животном мире. С 1974 в гос. годовые и пятилетние планы экономии, и социального развития включался раздел "Охрана окружающей среды и рациональное использование прир. ресурсов" и введена гос. статистич. отчетность по выполнению соответствующих природоохранных мероприятий. Принимались меры по оздоровлению экологич, обстановки во мн. регионах, в т.ч. по защите от загрязнения озер Байкал и Ладожское; прекращены работы по переброске части стока северных и сибирских рек. Однако в условиях ускорения науч.-техн. прогресса и интенсификации произ-ва развитие пром-сти в ряде районов сопровождается ростом загрязнения биосферы. Поэтому в 1988 было принято постановление "О коренной перестройке дела охраны природы в стране". Для координации работ в этой области была создана спец. правительств. организация -Госкомприрода СССР (1988).

Отходы производства и потребления. Для хим. отраслей пром-сти характерны широкая номенклатура продукции и многообразие разл. по составу и физ.-хим. св-вам отходов производства. Кол-во последних вследствие развития произ-ва непрерывно возрастает, что способствует загрязнению окружающей среды. Между тем выброс в нее отходов нецелесообразен не только экологически, но и экономически, поскольку большинство их представляет собой вторичные материальные ресурсы. Науч.-техн. прогресс позволяет благодаря разработке и внедрению соответствующих процессов и методов, а также оборудования не только резко сократить отходы произ-ва и повысить его эффективность (вследствие значит. снижения расхода сырья и материалов и стоимости продукции), но и обеспечить необходимую защиту окружающей среды от загрязнения пром. выбросами.

Отходы в хим. технологии классифицируют по агрегатному состоянию, токсичности, методам переработки и др. По агрегатному состоянию различают отходы газообразные, жидкие и твердые. Газообразные отходы-выделения хим.-технол. процессов, выбросы из пром. печей, сушилок, отдувочных аппаратов и т.д. Жидкие отходы почти полностью состоят из жидкой фазы и содержат растворенные в воде или иных р-рителях соли, щелочи, к-ты, орг. в-ва, а также примеси взвешенных частиц. Твердые отходы получают в виде порошков, пылей, слитков или затвердевшей массы. К отдельной группе отходов относят т. наз. шламы-остатки, содержащие твердую и жидкую фазы (осадки после фильтрования, седиментации, нейтрализации).

Кроме отходов произ-ва возникают также отходы потребления. Пром. отходы-металлолом, вышедшее из строя оборудование, техн. изделия из пластмасс, резин, стекла и др. Бытовые отходы-пищ. остатки, изношенные одежда, обувь и т.п., использованная тара и т.д.

По токсичности отходы подразделяют на безвредные, токсичные и особо токсичные. Токсичность отходов устанавливают: по эффекту непосредств. воздействия на здоровье людей (хронич. заболевания, канцерогенная или мутагенная активность, поражение разл. органов и др.); по воздействию на животных; по биоаккумулятивным св-вам; по устойчивости в окружающей среде; по св-вам продуктов разложения и т.д.

Типы затрат на природоохранные мероприятия. Отходы, попадающие в атмосферу, гидросферу и литосферу, ухудша-ют прир. среду. Для поддержания ее на заданном уровне на совр. этапе развития произ-ва требуются значит. затраты:

1) на мероприятия, необходимые для уменьшения поступления выбросов в окружающую среду; 2) на компенсацию социальных последствий от выбросов; 3) на возмещение потерь сырья и продуктов с отходящими газами и сточными водами.

Ущерб, наносимый природе, подразделяется на экономический, социальный и моральный. Экономич. ущерб бывает фактическим, возможным и предотвращенным. Фактич. (расчетный) ущерб - фактич. потери, причиненные народному х-ву в результате загрязнения окружающей среды. Возможный ущерб м. б. нанесен при отсутствии природоохранных мероприятий. Предотвращенный ущерб - разность между возможным и фактич. ущербами в определ. момент времени. При нахождении ущербов от загрязнения атмосферы и водоемов исходят из локальных ущербов. Напр., экономич. ущерб от загрязнения атмосферы включает: ущерб, причиненный повыш. заболеваемостью населения; ущерб сельскому, лесному, жилищно-коммунальному и бытовому хозяйствам; ущерб пром. объектам. Для уменьшения размеров экономич. ущерба необходимо увеличивать выпуск очистных сооружений и повышать их эффективность. Для стабилизации и улучшения состояния окружающей среды в разных странах выделяют ср-ва в размере 1-2,5% от нац. дохода. В СССР затраты на охрану природы за 1981-90 составили 92 млрд. руб. На предприятиях хим.-лесного комплекса для охраны окружающей среды и рационального использования прир. ресурсов закрываются предприятия с устаревшей технологией и создаются новые произ-ва без выбросов или с небольшим кол-вом отходов. Осн. направления организации таких произ-в: разработка принципиально новых процессов и схем получения известных видов продукции, обеспечивающих энергоемкую, ре-сурсосберегающую комплексную переработку сырья; создание оборотных и замкнутых систем водопотребления; переход от открытых процессов к рециркуляционным; рекуперацию (улавливание и переработку) отходов; создание территориально-пром. комплексов с замкнутой структурой материальных потоков сырья и отходов.

Охрана атмосферного воздуха

Промышленные выбросы и источники загрязнений. Осн. выбросами хим. предприятий в атмосферу являются оксиды углерода, азота и серы, сероводород, сероуглерод, аммиак, соед. хлора и фтора, пыль произ-в неорг. и орг. в-в, аэрозоли, фенолы, альдегиды, спирты, амины и др. По агрегатному состоянию все пром. выбросы делят на газообразные, жидкие, твердые и смешанные. Кроме того, эти загрязнения классифицируют: а) по характеру организации отвода и контроля (организованные и неорганизованные); б) по режиму отвода (непрерывные и периодические); в) по т-ре -нагретые (т-ра газопылевой смеси превышает т-ру воздуха) и холодные; г) по локализации (в основном, вспо-могат. и подсобном произ-вах); д) по признакам очистки-удаляемые без нее (организованные и неорганизованные) и после нее (организованные). При этом под очисткой газовой смеси понимают отделение от нее или превращ. в безвредное состояние загрязняющего в-ва. В последнем случае оно выбрасывается в атмосферу вместе с газом.

Организованные выбросы поступают в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды и др. трубопроводы; неорганизованные выбросы попадают в атмосферу как ненаправленные потоки газа в результате нарушений герметичности аппаратуры, отсутствия или неудовлетворит. работы оборудования по отсосу газа в местах загрузки сырья, выгрузки и хранения продукции. Различают также первичные выбросы, поступающие в атмосферу непосредственно от источников загрязнений, и вторичные выбросы, к-рые, являясь продуктами образования первичных выбросов, м. б. более токсичны и опасны.

Источники загрязнений воздушного пространства подразделяют: 1) по назначению-технологические, содержащие хвостовые газы рекуперац., абсорбц., адсорбц. и др. улавливающих установок, а также продувочные газы из аппаратов и т. п. (для этих источников характерны высокие концентрации вредных в-в и сравнительно малые объемы удаляемого воздуха); вентиляционные (местные отсосы от оборудования и общеобменная вытяжка); 2) по геом. форме-точечные (трубы, шахты, крышные вентиляторы) и линейные (аэрац. фонари, открытые окна, близко размещенные вытяжные шахты и факелы); 3) по месту расположения-незатененные, или высокие, находящиеся в зоне недеформир. ветрового потока (высокие трубы, а также точечные источники, удаляющие загрязнения на высоту, превышающую в 2,5 раза высоту производств. здания); затененные, или низкие, расположенные на высоте в 2,5 раза меньшей высоты здания; наземные, находящиеся вблизи земной пов-сти (открыто расположенное технол. оборудование, колодцы пром. канализации, пролитые токсичные в-ва, сбросы отходов произ-ва); 4) по режиму работы-непрерывного и перио-дич. действия, мгновенные и залповые, при к-рых за короткий промежуток времени в воздух удаляется большое кол-во вредных в-в (возможны при авариях и сжигании быстрогорящих отходов произ-ва на т. наз. площадках уничтожения). Загрязнения переносятся на большие расстояния с воздушными массами.

Влияние загрязнений на запыленность и прозрачность атмосферы и здоровье человека. Важную роль в проницаемости тепловых лучей играет накопление в атмосфере диоксида углерода. Ежегодно его кол-во возрастает на 0,4%, и в настоящее время концентрация в атмосфере составляет 0,032% (ожидается, что она будет удваиваться каждые 23 года). СО₂ поглощает ИК излучение, что при определенной концентрации газа может вызывать глобальное повышение т-ры ("парниковый эффект").

Наиб. серьезна проблема загрязнения атмосферы соединениями серы. Выбросы SO₂ на одного человека составляли (кг, 1987): в Великобритании-88, СССР-91, Финляндии -119, Чехословакии-201. Продолжит. действие даже малых концентраций SO₂ приводит к возникновению у человека гастрита, бронхита, ларингита и др. болезней. Есть сведения о связи между содержанием SO₂ в воздухе и уровнем смертности от рака легких. В атмосфере SO₂ окисляется до SO₃. Окисление происходит каталитически под воздействием следовых кол-в металлов, в осн. Мn. Кроме того, газообразный и растворенный в воде SO₂ может окисляться озоном или Н₂О₂. Соединяясь с влагой воздуха, SO₃ образует серную к-ту, к-рая с находящимися в атмосфере металлами дает сульфаты.

В зависимости от влажности воздуха и др. условий SO₂ присутствует в атмосфере от неск. часов до неск. дней. Кол-ва SO₂ и SO^2-₄ неодинаковы по высоте: на небольших высотах кол-во SO₂ больше; соотношение SO₂/SO^2-₄ уменьшается с высотой. Переносу на дальние расстояния SO₂ и его рассеиванию в верх. слоях атмосферы способствует стр-во высоких дымовых труб. Однако при этом увеличивается время пребывания серосодержащих соед. в воздушной среде и, следовательно, степень превращения SO₂ в H₂SO₄ и сульфаты. Содержащие их кислотные осадки (дождь, град, снег и др.) в районах, где они выпадают, оказывают отрицат. воздействие на водные экосистемы, на рост деревьев и с.-х. культур. Влияние таких осадков на живые организмы, в т. ч. на человека, еще недостаточно исследовано.

Присутствие в атмосфере взвешенных пылевидных частиц сульфатов размерами 0,1-1 мкм приводит к образованию, наряду с кислотными осадками, туманов и снижению прозрачности воздуха, чему способствует повышение его относит. влажности.

Вредное воздействие на организм человека оказывает присутствие в воздухе др. токсичных газовых компонентов. Так, СО инактивирует гемоглобин, обусловливая кислородную недостаточность тканей, и вызывает расстройства нервной и сердечно-сосудистой систем, а также способствует развитию атеросклероза. CS₂ влияет на нервную систему, приводит к острой интоксикации и атеросклерозу. H₂S вызывает головную боль, слабость, тошноту; даже малые концентрации его в газовой смеси могут служить причиной функциональных расстройств центр. нервной и сердечнососудистой систем.

Своб. хлор и его соед. влияют на обоняние, световую чувствительность глаз, нарушают дыхание. Соед. фтора резко раздражают кожу и слизистые оболочки; при длит. их воздействии возможны носовые кровотечения, насморк, кашель, склеротич. изменения в легких.

Оксиды азота сильно раздражают легкие и дыхат. пути, приводят к возникновению в них воспалит. процессов; под их влиянием образуется метгемоглобин, понижается кровяное давление, возникают головокружение, потеря сознания, рвота, одышка. Наличие в атм. воздухе углеводородов вызывает раздражение дыхат. путей, тошноту, головокружение, сонливость, расстройства дыхания и кровообращения; нек-рые углеводороды - канцерогенные в-ва.

Пыль. Установлено, что гигиенич. стандарт атмосферы допускает ее запыленность 1,5 т/га, однако в отдельных пром. районах мира она достигает 60 т/га. Частицы пыли какое-то время остаются в атмосфере, образуя т. наз. ядра конденсации, что ограничивает прохождение УФ излучения. Т. обр., запыленность атмосферы способствует уменьшению кол-ва солнечной радиации, достигающей Земли, и вызывает похолодание. Одновременно пыль, падающая на пов-сть ледников, поглощает солнечную энергию и ускоряет их таяние.

Влияние пыли на организм человека обусловлено ее дисперсностью: мелкие частицы проникают в дыхат. пути и раздражают слизистые оболочки. Длит. воздействие очень мелкой пыли может вызывать закупорку пор и снижение потоотделения. У людей, постоянно проживающих в запыленной местности, наблюдаются фиброзные изменения в легких. Пыль, содержащая ядовитые в-ва (As, Hg, Pb), приводит к отравлениям. Напр., свинцовая пыль, обладая кумулятивным действием, изменяет состав крови и костный мозг, вызывает мышечную слабость и паралич лучевого нерва, свинцовые колики и воспаление головного мозга, поражения печени и почек. Ртуть, находящаяся в пыли, проникает в мозг, разрушает нервную систему, ослабляет умственные способности, вызывает импотенцию, ускоряет старение. Асбестовая пыль приводит к фиброзу легких и, кроме того, усиливает вредное действие SO₂.

Тяжелые металлы и неметаллы, выброшенные в атмосферу, включаются в прир. круговорот. Накопление их в почве и воде опасно для всех живых организмов. Ряд элементов (в частности, As и Сг) относят к в-вам, вызывающим раковые заболевания. Отравления Se обычно оканчивается смертельным исходом; воздействие Т1 приводит к выпадению волос и др. заболеваниям, особенно у детей, и т.д.

Радиоактивные вещества находятся в атмосфере в пылеобразном состоянии или сцеплены в агрегаты с частицами аэрозолей. Их хронич. воздействие даже в малых дозах нарушает нервную деятельность, ф-ции половых желез, желудочно-кишечного тракта, органов дыхания, работу надпочечников, гипофиза, щитовидной железы, сердечно-сосудистой системы, изменяет форменные элементы крови, вызывает генетич. аномалии.

Контроль за качеством воздушной среды имеет важное значение, т. к. выбросы в атмосферу в разл. странах достигают значит. размеров. Так, в 104 городах СССР загрязнение воздуха в отдельные дни в 10 раз превышало установл. нормы (1988). Для такого контроля используют след. показатели: ПДК_р.з. - предельно допустимая концентрация хим. в-ва в воздухе рабочей зоны, мг/м³; ПДК_м.р. , ПДК_с.с.- соотв. макс. разовая и среднесуточная предельно допустимые концентрации хим. в-ва в воздухе населенных мест, мг/м³. В зависимости от значения ПДК хим. в-ва в воздухе классифицируют по степени опасности (см. Токсичность). При одноврем. присутствии в атмосфере k вредных в-в (с концентрациями c₁ c₂, ..., с_n)однонаправл. действия их безразмерная суммарная концентрация не должна превышать 1:

Для нагретых загрязнений предельно допустимый выброс определяют по ф-ле:

При этом концентрация вредного в-ва в отходящем газе около устья источника загрязнений (напр., дымовой трубы) должна быть не более нек-рой макс. концентрации, вычисляемой по ф-ле:

Для холодных выбросов расчет проводят по ф-лам:

В этих ф-лах Я высота дымовой трубы, м; V₁ - объем газовоздушной смеси за время, м³/с; T-разность между т-рами выбрасываемой смеси и атм. воздуха; A₁ A₂- коэф., зависящие от условий вертикального и горизонтального рассеивания вредных в-в в воздухе (120-240); F- безразмерный коэф., учитывающий скорость оседания в воздухе вредных в-в (для газов F = 1); т, п коэф., учитывающие условия выхода газов из источника загрязнений; D диаметр устья трубы, м.

Контроль за качеством воздуха осуществляют спец. службы на предприятиях, а также гос. и ведомств. органы.

Защита воздуха от пыли. Последняя образуется гл. обр. в технол. процессах, связанных с измельчением в-в, перемешиванием и транспортированием сыпучих материалов. Для удаления пыли используют циклоны, мокрые пылеуловители и фильтры. Осн. критерий выбора типа оборудования степень очистки, к-рая зависит от св-в пыли и параметров газового потока. Пром. пыли, уловленные в разл. установках, используют в качестве целевых продуктов и сырья в исходных произ-вах (в т.ч. строительных), в с. х-ве. Сильнотоксичные пыли подлежат подземному захоронению или ликвидации сжиганию (см. также Пылеулавливание).

Защита воздуха от газо- и каплеобразных примесей. Методы очистки отходящих газов подразделяют на некаталитические и каталитические. С помощью первых методов примеси выводятся из газовой смеси путем конденсации или поглощения жидкими либо твердыми сорбентами. При ка-талитич. методах примеси не выделяются из системы, а превращаются в др. в-ва, к-рые остаются в газовой смеси или затем удаляются (см. также Газов очистка, Каплеулавли-вание. Туманоулавливацие).

Охрана водного бассейна

Улучшение водообеспечения - одна из главных экологич. проблем человечества. Вследствие роста потребления воды в с. х-ве, пром-сти, на коммунально-бытовые нужды и др. причин (вырубка лесов, осушение болот и т.д.) и усиливающегося загрязнения водоемов пром. стоками и

отходами во мн. регионах мира возник острый дефицит ресурсов пресных вод (см. Вода). Напр., в Средней Азии своб. водные ресурсы практически отсутствуют. В этих условиях для хим. отраслей пром-сти важную роль играют рациональное водопотребление, водоподготовка и очистка сточных вод.

Водопотребление. На предприятиях хим.-лесного комплекса воду используют для производств. и хозяйств.-бытовых нужд. Потребление свежей воды на каждом предприятии достигает огромных размеров и сопровождается образованием сточных вод (см. ниже), сброс к-рых загрязняет водоемы. С учетом этого для сокращения потребления свежей воды и уменьшения кол-ва сточных вод проводят разл. мероприятия: разрабатывают и применяют безводные и маловодные технол. процессы; совершенствуют действующие произ-ва; внедряют аппараты воздушного охлаждения, повторно используют в оборотных и замкнутых системах очищенные сточные воды.

Осн. кол-во воды (до 80%) на предприятиях служит для охлаждения оборудования, газообразных и жидких продуктов. Охлаждающая вода не соприкасается с материальными потоками и циркулирует в оборотных системах (условно чистая вода); она многократно нагревается до 40 45 °С и охлаждается в вентилируемых градирнях или брызгальных бассейнах. В результате испарения безвозвратно теряется значит. кол-во воды. Кроме того, для предотвращения инкрустаций, коррозии, биол. обрастания аппаратов и трубопроводов часть оборотной воды выводится из системы на очистку (продувочная вода). Указанные потери компенсируются подачей в систему свежей воды. В целом по хим. пром-сти и предприятиям по произ-ву удобрений коэф. использования воды К = 0,73 (на нек-рых предприятиях 0,85-0,95), а доля оборотной воды достигла 82,5% (1985). Ее кол-ва для произ-в ряда хим. продуктов (СССР, 1990) приведены в таблице.

УДЕЛЬНЫЕ РАСХОДЫ ВОДЫ И КОЛИЧЕСТВА СТОЧНЫХ ВОД ДЛЯ НЕКОТОРЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ (на 1 т продукции)

Осн. направление рационального потребления воды-создание замкнутых систем водоснабжения, исключающих образование к.-л. отходов и сброс сточных вод в водоемы, т.е. многократное использование воды и переработка всех загрязняющих в-в. Удаление примесей из сточных вод осуществляют с помощью эффективных методов очистки. Подпитка замкнутых систем свежей водой допускается при нехватке очищенных стоков для восполнения потерь воды в этих системах. Применение свежей воды возможно также в производств. процессах, в к-рых очищенные сточные воды нельзя использовать по условиям технологии или гигиены. Организация замкнутых систем целесообразна, если затраты на рекуперацию воды и в-в, выделенных из стоков и переработанных до товарных продуктов или вторичного сырья, ниже затрат на водоподготовку и очистку сточных вод до показателей, позволяющих сбрасывать их в водоемы без загрязнения последних. На действующих предприятиях внедрение замкнутых систем происходит поста-дийно с постепенным увеличением доли оборотного водоснабжения.

Очистка сточных вод. Классификация стоков. В зависимости от условий образования различают сточные воды: промышленные; атмосферные (образуются в результате выпадения атм. осадков и, загрязняясь минер. и орг. в-вами, стекают с территории предприятий); хозяйственно-бытовые (содержат примерно 42% минеральных и 58% по массе орг. примесей).

Пром. сточные воды представляют собой жидкие отходы, к-рые образуются при переработке неорг. и орг. сырья. Источники сточных вод в технол. процессах: 1) воды, образующиеся при протекании хим. р-ций (загрязнены их продуктами и исходными в-вами); 2) воды, находящиеся в виде своб. и связанной влаги в сырье или исходных продуктах и выделяющиеся при их переработке; 3) воды от промывок сырья, продуктов и оборудования; 4) маточные водные р-ры; 5) водные экстракты и абсорбенты; 6) хладагенты; 7) прочие-воды вакуум-насосов, конденсаторов смешения, установок гидрозолоудаления, от мытья тары и др. Кол-ва образующихся сточных вод определяются видом хим. произ-ва (см. табл.).

Сточные воды загрязнены исходным сырьем, всевозможными неорг. и орг. в-вами. Напр., сточные воды произ-в неорг. солей содержат к-ты, щелочи, фториды, сульфаты и др.; сточные воды произ-в основного орг. и нефтехим. синтеза-жирные к-ты, спирты, альдегиды, кетоны, арома-тич. соед. и т.п. В состав стоков произ-в мн. продуктов, кроме р-римых в воде, входят коллоидные примеси, а также взвешенные (мелко- либо грубодисперсные) в-ва, плотность к-рых м. б. больше или меньше плотности воды. Концентрации в сточных водах указанных примесей весьма неодинаковы.

Ежегодно во внутр. водоемы и моря сбрасывают 150 км³ сточных вод, в т. ч. 40 км³ без к.-л. очистки. Сброс неочищенных сточных вод в водоемы изменяет качество прир. вод: снижается рН; повышается содержание тяжелых металлов и неметаллов (Pb, Hg, Cd, Zn, As), нитратов и нитритов, фосфатов, ПАВ, пестицидов и продуктов их распада; уменьшаются содержание кислорода и прозрачность; увеличивается кол-во вирусов и бактерий.

Классификация методов очистки. Для потребления в оборотных системах и технол. процессах сточные воды подвергают очистке до необходимого качества, к-рое зависит от вида хим. произ-ва. В пром-сти применяют мех., хим., физ.-хим., биохим. и термич. методы очистки, подразделяемые на рекуперационные и деструктивные. Рекуперац. методы предусматривают извлечение из сточных вод и дальнейшую переработку всех ценных в-в. С помощью деструктивных методов в-ва, загрязняющие сточные воды, подвергаются разрушению путем окисления или восстановления; продукты деструкции удаляются из стоков в виде газов или осадков.

Мех. методы используют для предварит. очистки сточных вод. Хим. и физ.-хим. методы очистки применяют раздельно, а также для достижения наиб. эффекта в сочетании с мех. и биохим. методами; физ.-хим. очистка благодаря определенным преимуществам (см. ниже) м. б. использована вместо биохимической. Классификация осн. методов очистки приведена на рис. 1.

Мех. очистку осуществляют методами процеживания, отстаивания и фильтрования для выделения из сточных вод нерастворимых грубодисперсных примесей.

Процеживание через наклонные решетки из металлич. прутьев (расстояние между ними 15-20 мм) или через сетки с отверстиями 0,5-1 мм проводят для защиты очистных сооружений от попадания со сточными водами камней, кусков дерева, тряпок и т. п.

Цель отстаивания (см. Осаждение) - удаление твердых и жидких нерастворимых примесей. Для этого используют отстойники периодич. и непрерывного действия, к-рые по направлению движения сточных вод делят на горизонтальные, вертикальные и радиальные. Загрязнения с плотностью, меньшей, чем у воды (нефтепродукты, смолы и др.), удаляют при всплывании их в горизонтальных и радиальных нефтеловушках, к-рые по устройству мало отличаются от отстойников. Нефтепродукты, всплывающие на пов-сть воды, с помощью нефтесборных труб удаляются на дальнейшую переработку. Степень очистки 60-70%.

Для повышения эффективности отстаивания и всплывания примесей применяют тонкослойные горизонтальные и радиальные отстойники и ловушки, состоящие из водораспре-делит., водосборной и отстойной зон. Последняя разделена трубчатыми или пластинчатыми элементами на ряд слоев небольшой глубины (до 150 мм), что ускоряет отстаивание и позволяет уменьшить размеры аппаратуры.

Осаждение взвешенных частиц из сточных вод интенсифицируют воздействием на них центробежных и центро-стремит. сил в низконапорных (открытых) и напорных гидроциклонах. Для выделения тяжелых примесей используют открытые гидроциклоны разл. конструкций, в т. ч. многоярусные, где реализован принцип тонкослойного отстаивания. Среди напорных гидроциклонов распространены конические, к-рые эффективнее открытых, но потребляют больше энергии. В ряде случаев осадки из сточных вод выделяют в отстойных центрифугах (см. Центрифугирование).

Тонкодиспергир. твердые или жидкие в-ва выделяют из сточных вод фильтрованием через пористые перегородки под действием гидростатич. давления столба жидкости, повыш. давления над перегородками и вакуума после них. В качестве перегородок применяют металлич. перфорир. листы и сетки из кислотостойкой стали, алюминия, никеля, меди, латуни и др., разл. ткани, керамику и слои зернистых материалов (кварцевый песок, дробленый гравий, коксовая мелочь, бурый или каменный уголь, торф и т.д.). Выбор перегородок зависит от св-в сточных вод, т-ры и давления фильтрования, а также от конструкций фильтров.

При больших объемах сточных вод используют фильтры с сетчатыми элементами (микрофильтры и барабанные сетки) и с зернистым слоем. Фильтр последнего типа представляет собой резервуар, в ниж. части к-рого размещено дренажное устройство для отвода воды. На дренаж укладывается слой поддерживающего материала, а затем фильтрующий материал. Фильтры с зернистым слоем подразделяют на открытые (высота слоя 1 -2 м), закрытые (0,5-1,0 м; напор воды создается насосами), медленные (для очистки некоагулир. сточных вод, скорость фильтрования 0,1-0,3 м/ч) и скоростные (12-20 м/ч). Промывку фильтров осуществляют очищенной водой, подавая ее в кол-ве 6-7 л/(м²·с) через зернистый слой снизу вверх; для облегчения промывки слой иногда разрыхляют путем продувки сжатым воздухом.

Для удаления примесей, к-рые самопроизвольно плохо отстаиваются, используют флотацию. Наиб. распространены установки напорной флотации. В них сточные воды сначала насыщаются воздухом в напорной емкости при давлении 0,15-0,40 МПа, затем водовоздушная смесь поступает во флотац. камеру, работающую при атм. давлении. В камере воздух выделяется в виде пузырьков, к-рые, поднимаясь, захватывают взвешенные частицы. Пенный слой, образующийся на пов-сти воды и содержащий загрязнения, удаляется из камеры. Достоинства процесса: высокая степень очистки (85-98%), широкий диапазон выделяемых из воды примесей, небольшие капитальные затраты, большая скорость по сравнению с отстаиванием, возможность получения шлама меньшей влажности.

Для укрупнения дисперсных частиц с целью ускорения процессов осаждения тонкодиспергир. примесей используют разл. коагулянты (напр., оксихлорид и сульфат алюминия, алюминат натрия, сульфаты и хлорид железа) и флокулянты (полиакриламид и др.), дозы к-рых зависят от концентрации загрязнений. Напр., коагулянтная очистка включает след, стадии: дозирование и смешение коагулянтов со сточными водами (в дырчатых, перегородчатых, вертикальных и с лопастными мешалками смесителях); хлопьеобразование (в вихревых, перегородчатых, водоворотных камерах); осаждение (в отстойниках или гидроциклонах). При электрокоагуляции сточные воды пропускают через электролизер с р-римыми стал