Социальная экология, содержание и задачи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Экология - один из сравнительно молодых и бурно развивающихся разделов биологии - изучает взаимоотношения организмов между собой и со средой обитания. Взаимодействие организмов со средой рассматривает каждая биологическая наука. Экология затрагивает лишь ту его сторону, которая обусловливает развитие, размножение и выживание особей, структуру и динамику популяций, и сообществ /1/.

Тесные связи установились между экологией и физиологией. В результате выделилось и успешно развивается новое направление - экологическая физиология. Экологические и физиологические методы исследований взаимно пронизывают обе эти науки.

Произошло сближение экологии и морфологии.

Экология связана с систематикой. Последняя не может обойтись без экологического критерия, как и экология без объективной системы организмов для точного определения изучаемых видов.

Существует взаимосвязь современной экологии с эволюционным учением и генетикой. Сейчас уже не вызывает сомнения тот факт, что в природе имеют место экологические механизмы эволюции, исследование которых возможно лишь при совместной работе экологов, генетиков и эволюционистов.

На базе экологии развиваются биогеография, молодая наука этология (наука о поведении животных), палеоэкология и т.д.

Экологическая трактовка необходима и при решении определенных задач в области физиологии, морфологии, систематики, биогеографии, поскольку любые биологические исследования в той или иной степени изучают жизнь животных и растений в природных условиях.

Выясняя характер влияния физических факторов седы на организмы и ответные реакции последних, экология не обходится без таких небиологических наук, как климатология, метеорология, ландшафтоведение (физическая география).

Геоморфология и почвоведение также сблизились с экологией, поскольку многие процессы образования и разрушения почв происходят под влиянием деятельности сообществ животных и растений.

В настоящее время, в век научно-технического прогресса, когда у человека появляются неограниченные возможности воздействия на природу, экология приобретает особенно важное значение. Достижения её успешно применяются в сельском и охотничье-промысловом хозяйствах, медицине, ветеринарии, при проведении мероприятий по охране природы, рациональном использовании её ресурсов.

Очевидная роль экологии и в разработке ряда теоретических проблем, в частности тех, которые связаны с общими закономерностями миграции вещества и энергии в биосфере, с механизмами эволюционного процесса, с изменением структуры и организации живой материи.

Сегодня стоит проблема формирования экономической экологии, или экологической экономики, - науки о биологических ресурсах, биоэкономики Мирового океана и суши /1/.

Успешно развивается и инженерная экология (прикладная биогеоценология), решающая вопросы устранения отрицательных последствий вмешательства человека в природные сообщества.

Актуальные проблемы взаимоотношений человека, общества и природы в эпоху научно-технического прогресса разрабатывает интенсивно развивающаяся социальная экология (экология человека).

Следовательно, экология как общая биологическая наука также может быть расчленена на составные части: на экологию животных, экологию растений, экологию насекомых, экологию лесных пород и т.д. но если для других наук индивидуум является найкрупнейшей единицей, то для экологии он - мельчайшая единица исследований. Экология - вполне самостоятельный раздел биологии, имеющий свои содержание, предмет, задачи и методы исследования.

1. Содержание, предмет и задачи экологии

Термин «экология» (от греч. oikos - жилище, место обитания и logos - наука) предложил Э. Геккель в 1866 г. для обозначения биологической науки, изучающей взаимоотношения животных с органической и неорганической средами. С того времени представление о содержании экологии претерпело ряд уточнений, конкретизаций. Однако до сих пор нет достаточно чёткого и строгого определения экологии, и все ещё идут споры о том, что такое экология, следует ли её рассматривать как единую науку или же экология растений и экология животных - самостоятельные дисциплины. Не решён вопрос, относится ли биоценология к экологии или это обособленная область науки. Не случайно почти одновременно появляются руководства по экологии, написанные с принципиально разных позиций. В одних экология трактуется как современная естественная история, в других - какучение о структуре природы, в котором конкретные виды рассматриваются лишь как средства трансформации вещества и энергии в биосистемах, в третьих - как учение о популяции и т.д /1/.

Важно отметить, что на современном этапе развития экологических представлений все более чётко вырисовывается её суть.

Экология - это наука, исследующая закономерности жизнедеятельности организмов (в любых её проявлениях, на всех уровнях интеграции) в их естественной среде обитания с учётом изменений, вносимых в среду деятельностью человека.

Из этой формулировки можно сделать вывод, что все исследования, изучающие жизнь животных и растений в естественных условиях, открывающие законы, по которым организмы объединяются в биологические системы, и устанавливающие роль отдельных видов в жизни биосферы, относятся к экологическим.

В последнее время экологи пришли к принципиально важному обобщению, показав, что условия среды осваиваются организмами на популяционно-биоценотическом уровне, а не отдельными особями вида. Это привело к интенсивному развитию учения о биологических макросистемах (популяциях, биоценозах, биогеоценозах), что оказало громадное влияние на развитие биологии в целом и всех её разделах в частности. В результате стали появляться всё новые и новые определения экологии. Её рассматривали как науку о популяциях, о структуре природы, о динамике численности и т.д. Но все они, несмотря на некоторую специфичность, определяют экологию как науку, исследующую законы жизни животных, растений и микроорганизмов в естественной среде обитания с учётом роли антропологических факторов.

Основные формы существования видов животных, растений и микроорганизмов в естественной среде обитания - это внутривидовые группировки (популяции) или многовидовые сообщества (биоценозы). Поэтому современная экология изучает взаимоотношения организмов и среды на популяционно-биоценотическом уровне.

Конечной целью экологическихисследований является выяснение путей, с помощью которых вид сохраняется в постоянно меняющихся условиях среды. Процветание вида заключается в поддержании оптимальной численности его популяций в биогеоценозе.

Следовательно, основным содержанием современной экологии становится исследование взаимоотношений организмов друг с другом и со средой на популяционно-биоценотическом уровне и изучение жизни биологических макросистем более высокого ранга: биогеоценозов (экосистем) и биосферы, их продуктивности и энергетики /2/.

Отсюда очевидно, что предметом исследования экологии являются биологические макросистемы (популяции, биоценозы, экосистемы) и их динамика во времени и пространстве.

Из содержания и предмета исследований экологии вытекают и её основные задачи, которые могут быть сведены к изучению динамики популяций, к учению о биогеоценозах и их системах. Структура биоценозов, на уровне формирования которых, как было отмечено, происходит освоение среды, способствует наиболее экономичному и полному использованию жизненных ресурсов. Поэтому главная теоретическая и практическая задача экологии заключается в том, чтобы вскрыть законы этих процессов и научиться управлять ими в условиях неизбежной индустриализации и урбанизации нашей планеты.

Структура современной экологии

В процессе развития экологические исследования в ботанике и зоологии шли довольно специфическими путями, что и привело к искусственному и не вполне обоснованному их разделению.

В ботанике предметом экологии часто считаются только взаимоотношения растений с мёртвой седой, т.е. воздействия физико-химических факторов на отдельные виды растений. Взаимоотношения же между растениями, а, следовательно, и их сообществами рассматриваются специальной наукой - фитоценологией. Изучением отношений в животно-растительных сообществах занимается биогеоценология.

Кроме того, экологию обычно подразделяют на аутэкологию (экологию особей) и синэкологию (экологию сообществ). Однако такое подразделение не отображает специфики современной экологии, изучающей жизнь на уровнях различных биологических макросистем. Поэтому Ю. Одум, к примеру, выделяет экологию видов, экологию популяций, экологию сообществ и экологию экосистем. Н.П. Наумов предлагает три подразделения: экологию особей, экологию популяций и экологию сообществ. Г.А. Новиков, также выделяя в экологии три подразделения, первое называет экологией видов. Есть и другие мнения.

Задача ближайшего будущего: Важно, что в экологии объективно выделяются подразделения, изучающие органический мир на уровне особи (организма), популяции, вида, биоценоза, биогеоценоза (экосистемы) и биосферы. В связи с этим уже можно чётко выделить: аутэкологию (экология особей), демэкологию (экология популяций), эйдэкологию (экология видов) и синэкологию (экология сообществ) /3/.

Задачей аутэкологии (от греч. autos - сам) является установление пределов существования особи (организма) и тех пределов физико-химических факторов, которые организм выбирает из всего диапазона их значений. Изучение реакций организмов на воздействия факторов среды позволяет выявить не только эти пределы, но и физические, а также морфологические изменения, характерные для данных особей.

Демэкология (от греч. demos - народ) изучает естественные группировки особей одного вида, т.е. популяции - элементарные надорганизменные макросистемы. Важнейшей задачей её является выяснение условий, при которых формируются популяции, а также изучение внутрипопуляционных группировок и их взаимоотношений, организации (структуры), динамики численности популяций.

Эйдэкология (от греч. eidos - образ, вид), или экология видов, - наименее разработанное подразделение современной экологии. Вид как уровень организации живой природы, как надорганизменная биологическая макросистема еще не стал объектом экологических исследований. Это объясняется тем, что по мере развития экологии внимание и интерес исследователей с организма, т.е. с аутэкологии, переключились на популяцию - демэкологию, а затем на биоценоз, биогеоценоз и биосферу в целом.

Синэкология (от греч. syn - вместе), или экология сообществ (биоценология), изучает ассоциации популяций разных видов растений, животных и микроорганизмов, образующих биоценозы, пути формирования и развития последних, структуру и динамику, взаимодействие их с физико-химическими факторами среды, энергетику, продуктивность и другие особенности. Базируясь на аут-, дем-, и эйдэкологии, синэкология приобретает чётко выраженный общебиологический характер. В основе аут-, дем-, и эйдэкологических исследований лежат особь (организм), популяция и вид конкретной группы живых существ (животные, растения, микроорганизмы). Синэкологические же исследования направлены на изучение сложного многовидового комплекса взаимосвязанных организмов (биоценоз), существующего в строго определённой физико-химической среде, на рассмотрение с качественной и количественной точки их соотношения.

На базе этих направлений формируются новые: глобальная экология, которая разрабатывает проблемы биосферы в целом, и социоэкология, которая изучает проблемы взаимоотношений природы и общества. При этом границы между направлениями и разделами довольно размыты: постоянно возникают направления на стыке таких отраслей экологии, как популяционная экология и биоценология, или физиологическая и популяционная экология. Все эти направления тесно связаны с классическими отраслями биологии: ботаникой, зоологией, физиологией. При этом пренебрежение традиционными натуралистическими направлениями экологии чревато негативными явлениями и грубыми методологическими ошибками, может привести к затормаживанию развития всех остальных направлений экологии.

2. Организация контроля качества сточных вод

Анализ воды - исследование свойств и качеств воды.

Загрязнители воды. Содержание вещества, растворенного в воде, не превышающее установленных норм, загрязнителем не является. Это относится к любой воде - от дистиллированной до неочищенной сточной. Только в случае превышения ПДК вещество является загрязнителем. Нормы содержания различных веществ для разных типов вод отличаются /5/.

Вещества, которые могут содержаться в воде, можно классифицировать по-разному:

- по типу соединений - органические и неорганические.

На сегодняшний день большая часть загрязнителей - органических соединений, т.к. большинство из них имеет искусственное происхождение, и списки веществ, требующих нормирования, пополняются за счет органических соединений.

- по источнику попадания в воду - природные или антропогенные.

Если какое-то вещество присутствует в земной коре, оно также будет присутствовать и в воде. Загрязнители, попадающие в воду в результате деятельности человека, могут увеличивать содержание уже имеющегося ингредиента или вносить вещество, которое ранее в воде не присутствовало. Концентрация этих веществ может быть различной.

- по содержанию в воде (и в живых организмах, в первую очередь) - макро- и микроэлементов.

Солесодержание или минерализация воды складывается из макроэлементов, присутствующих в десятках и даже сотнях мг на литр. Это, как правило, хлориды, сульфаты, гидрокарбонаты (анионы), кальций, магний, калий, натрий (катионы). Макроэлементы обладают оптимальными ионными и атомными радиусами, электронным строением для образования биомолекул. Отношение этих веществ в воде может варьировать.

Микроэлементы содержатся в воде в очень низких концентрациях от десятых долей мг в литре, до мкг, и подразделяются на необходимые, токсичные и эссенциальные. К микроэлементам относятся, например, тяжелые металлы, ПДК некоторых из них очень жесткая. Их действие на живой организм может проявиться даже в очень небольших дозах, безопасные концентрации слишком малы, поэтому дополнительное попадание в воду токсичных и эссенциальных элементов может негативно сказаться на здоровье потребителей. Некоторые тяжелые металлы (и не только), напротив, входят в состав витаминов, как необходимые для здоровья, вещества.

- по лимитирующим показателям вредности - органолептические, общесанитарные и санитарно-токсикологические.

- К органолептическим относятся не только те показатели, которые можно оценить органами чувств, но и те, которые способны изменить органолептические свойства воды, например, вызвать запах, появление пены или пленки на поверхности воды. По классу опасности - от малоопасных до чрезвычайно опасных.

Контроль состава и свойств сточных вод включает:

- отбор сточных вод

- доставку отобранных проб в аналитическую лабораторию

- аналитические измерения состава и свойств сточных вод

-оформление необходимой документации /5,8/.

Периодичность планового контроля состава и свойств сточных вод абонента устанавливается организацией ВКХ индивидуально для каждого абонента в зависимости от результатов предыдущего химического контроля, но не реже одного раза в год.

Перечень контролируемых показателей состава и свойств сточных вод абонента определяется организацией ВКХ разрешением на сброс загрязняющих веществ в сточных водах абонентов и/или установленными временными условиями приема загрязняющих веществ.

Анализ проб сточных вод абонента осуществляет лаборатория ВКХ или любая другая лаборатория (организация), аккредитованная на техническую компетентность и независимость в области анализа сточных вод по правилам, установленным Госстандартом Беларуси, которая несет ответственность за сохранность проб (с момента регистрации опечатанных проб), качество проведения аналитических измерений, оформление результатов анализа и соблюдение правил техники безопасности.

Работы по контролю состава и свойств сточных вод абонентов осуществляются в соответствии с порядком, утвержденным органами местного самоуправления (для субъектов республики Беларусь - органами исполнительной власти), а при отсутствии вышеуказанного порядка, в соответствии с ГОСТ 51592-00, аттестованными методиками выполнения измерений и иными нормативными документами).

Отбор проб сточных вод

Местом отбора сточных вод абонента при плановом контроле состава и свойств сточных вод является контрольный колодец в системе канализации населенного пункта или иное место отбора проб сточных вод на выпуске абонента, определенное по согласованию абонента и организации ВКХ и позволяющее учесть влияние сточных вод других субабонентов.

Для отбора сточных вод применяют посуду, которая должна обеспечивать сохранность химического состава отбираемой воды и исключать дополнительное загрязнение отобранной воды.

Объем отобранных проб должен быть достаточным для проведения необходимых аналитических измерений по контролируемым показателям загрязнения вод.

По результатам работ по отбору проб на месте составляется акт отбора проб, который подписывается представителями организации ВКХ и абонентом, с указанием должности и фамилии.

Хранение и доставка отобранных проб сточной воды

Посуда, в которой производится хранение и транспортировка проб,должна быть промаркирована способом, исключающим возможность нарушения маркировки.

Факт подготовки и передача лабораторией чистой посуды для отбора проб регистрируется в специальном журнале.

Отбор и хранение проб для выполнения измерений БПК, ХПК, ртути, нефтепродуктов, жиров, фенолов, углеводородов и других органических веществ, производится только в стеклянную посуду.

В акте отбора проб указывают:

- наименование, код отбора проб

- дата и время начала и окончания отбора проб

- номер (шифр) бутыли (тары)

- перечень контролируемых показателей загрязняющих веществ в воде

- принятые меры по сохранности отобранных проб

- должность, фамилия и подпись ответственного лица организации ВКХ и абонента, участвующего в отборе

- название лаборатории.

Время доставки пробы в лабораторию фиксируется в специальном журнале.

Доставка проб сточных вод осуществляется любым разрешенным видом транспорта, обеспечивающим сохранность проб. Доставка должна быть организована таким образом, чтобы исключить перегрев пробы.

Аналитическая лаборатория проводит регистрацию доставленных опечатанных проб.

Аналитическая лаборатория проводит необходимые работы в соответствии с нормативными документами и методиками выполнения измерений (МВИ) состава и свойств сточных вод.

Оформление результатов анализа

Результаты выдаются на бланке аналитической лаборатории, выполнившей аналитические измерения состава и свойств проб сточных вод за подписью руководителя лаборатории с указанием:

- Названия и юридического адреса лаборатории

- Даты и времени доставки проб и выдачи результатов анализа

- Наименования контролируемого объекта и номера акта отбора проб

- Перечня анализируемых показателей

- Измеренных значений этих показателей

При оформлении протокола анализа проб сточных вод лаборатория проводит округление значений этих результатов в соответствии с нормативными документами.

3. Классификация методов и аппаратов очистки воздуха от газо-, пыле- и туманообразных выбросов. (Краткая характеристика)

При выборе способа очистки и обезвреживания вентиляционных и технологических выбросов от газо- и парообразных компонентов необходимо учитывать:

- состав выбрасываемых в атмосферу газов;

- температуру этих газов;

- наличие пыли в выбрасываемых газах;

- концентрацию газообразных и парообразных примесей /4,7,13/.

В зависимости от характера протекания физико-химических процессов методы очистки делятся на пять групп.

Абсорбция представляет собой процесс, при котором происходит поглощение одного или нескольких газовых компонентов жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора. Такой процесс принято считать скрубберным процессом. Растворенный в жидкости компонент газовоздушной смеси (абсорбат) благодаря диффузии проникает во внутренние слои абсорбента. Процесс протекает тем быстрее, чем больше поверхность раздела фаз, турбулентность потоков и коэффициенты диффузии.

Организация контакта газового потока с жидким растворителем осуществляется либо пропусканием газа через насадочную колонну, либо распылением жидкости, либо барботажем газа через слой абсорбирующей жидкости. В зависимости от реализуемого способа контакта газ - жидкость используют несколько типов аппаратов.

Основные типы аппаратов для абсорбции:



Жидкость после процесса абсорбции подвергают регенерации, адсорбируя загрязняющее вещество. На рис. 1 показано устройство противопоточной насадочной башни. Загрязненный газ входит в нижнюю часть башни, а очищенный покидает ее через верхнюю часть, куда при помощи одного или нескольких разбрызгивателей 2 вводят чистый поглотитель. Отработанный раствор отбирают из нижней части башни.

Рис.1 Орошаемая противопоточная насадочная башня: 1 - насадка; 2 - разбрызгиватели

Очищенный газ обычно сбрасывают в атмосферу. Химически инертная насадка 1, заполняющая внутреннюю полость колонны, предназначена для увеличения поверхности жидкости, растекающейся по ней в виде пленки. В качестве насадки используют тела разной геометрической формы, имеющие собственную удельную поверхность и сопротивление движению газового потока. Для изготовления насадок используют керамику, фарфор, пластмассы, металлы, которые выбираются исходя из соображений антикоррозийной устойчивости.

Применение абсорбированных методов очистки, как правило, связано с использованием схем, имеющих узлы абсорбции и десорбции. Десорбцию растворенного газа (или регенерацию растворителя) проводят либо за счет снижения общего или парциального давления, либо за счет повышения температуры; могут применяться оба приема одновременно.

Хемосорбция

Метод хемосорбции основан на химическом взаимодействии газов и паров с твердыми или жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых химических соединений. Большинство реакций, протекающих в процессе хемосорбции, являются экзотермическими и обратимыми, поэтому при повышении температуры раствора образующееся химическое соединение разлагается с выделением исходных элементов. На этом принципе основан механизм десорбции хемосорбента.

Основным видом аппаратуры для реализации процессов хемосорбции служат насадочные башни, пенные и барботажные скрубберы, распылительные аппараты типа труб Вентури и аппараты с различными механическими распылителями. В промышленности распространены аппараты с подвижной насадкой, к достоинствам которых относятся высокая эффективность разделения при умеренном гидравлическом сопротивлении, а также большая пропускная способность по газу.

Хемосорбция является одним из наиболее распространенных способов очистки отходящих газов от оксидов газов. Методы абсорбции и хемосорбции, применяемые для очистки промышленных выбросов, называют мокрыми. Их преимущество заключается в экономичности очистки большого количества газов и осуществлении непрерывных технологических процессов. Основной недостаток мокрых методов состоит в том, что перед очисткой и после ее осуществления сильно понижается температура газов, что приводит к снижению эффективности рассеивания остаточных газов в атмосфере. Кроме того, оборудование мокрых методов очистки громоздко и требует создания системы жидкостного орошения. В процессе работы абсорбционных аппаратов образуется большое количество отходов, представляющих собой смесь пыли, растворителя и продуктов поглощения. В связи с этим возникают проблемы обезжиривания, транспортировки или утилизации шлака, что удорожает и осложняет эксплуатацию.

Адсорбция

Общие достоинства адсорбционных методов очистки газов:

1) глубокая очистка газов от токсичных примесей;

2) сравнительная легкость регенерации этих примесей с превращением их в товарный продукт или возвратом в производство; таким образом осуществляется принцип безотходной технологии.

Адсорбционный метод особенно рационален для удаления токсических примесей (органических соединений, паров ртути и др.), содержащихся в малых концентрациях, т. е. как завершающий этап санитарной очистки отходящих газов.

Недостатки большинства адсорбционных установок -- периодичность процесса и связанная с этим малая интенсивность реакторов, высокая стоимость периодической регенерации адсорбентов. Применение непрерывных способов очистки в движущемся и кипящем слое адсорбента частично устраняет эти недостатки, но требует высокопрочных промышленных сорбентов, разработка которых для большинства процессов еще не завершена.

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой смеси. В пористых телах с капиллярной структурой поверхностное поглощение дополняется капиллярной конденсацией. При физической адсорбции молекулы газа прилипают к поверхности твердого тела под действием межмолекулярных сил притяжения (силы Ван-дер-Ваальса). Высвобождающаяся при этом теплота зависит от силы притяжения (по порядку значения, как правило, находится в пределах от 2 до 20 кДж/моль). Преимуществом физической адсорбции является обратимость процесса. При уменьшении давления адсорбента в потоке газа либо при увеличении температуры поглощенный газ легко десорбируется без изменения химического состава. Обратимость данного процесса исключительно важна в тех случаях, когда экономически выгодно рекуперировать адсорбируемый газ или адсорбент.

В качестве адсорбента или поглотителей применяют вещества, имеющие большую площадь поверхности на единицу массы. Например, удельная поверхность активированных углей 105...106 м²/кг. Их применяют для очистки газов от органических паров, удаления неприятных запахов и газообразных примесей, содержащихся в незначительных количествах в промышленных выбросах, а также летучих растворителей и целого ряда других газов. В качестве адсорбентов применяют также простые и комплексные оксиды (активированный глинозем, силикагель, активированный оксид алюминия, синтетические цеолиты или молекулярные сита), которые обладают большей селективной способностью, чем активированные угли. Однако эти адсорбенты нельзя использовать для очистки очень влажных газов. В ряде случаев некоторые адсорбенты пропитывают соответствующими реактивами, повышающими эффективность адсорбции, так как на поверхности адсорбента происходит хемосорбция.

Конструктивно адсорберы (рисунок 2) выполняются в виде вертикальных, горизонтальных либо кольцевых емкостей, заполненных пористым адсорбентом, через который фильтруется поток очищаемого газа. Выбор конструкции определяется скоростью газовой смеси, размером частиц адсорбента, требуемой степенью очистки и рядом других факторов.

Вертикальные адсорберы, как правило, применяют при небольших объемах очищаемого газа, горизонтальные и кольцевые - при высокой производительности, достигающей десятков и сотен тысяч кубических метров в час.

Рис. 2 Конструктивные схемы адсорберов

а - вертикальный; б - горизонтальный; в - кольцевой; 1 - адсорбер; 2 - слой активированного угля; 3 - центральная труба для подачи паровоздушной смеси при адсорбции;4 - барботер для подачи острого пара при десорбции; 5 - труба для выхода инертных по отношению к поглотителю газов при адсорбции; 6 - труба для выхода пара при десорбции

Фильтрация газа происходит через неподвижный (адсорберы периодического действия) или движущийся слой адсорбента. Наиболее распространены адсорберы периодического действия, в которых период контактирования очищаемого газа с твердым адсорбентом чередуется с периодом регенерации адсорбента. Установки периодического действия (с неподвижным слоем адсорбента) отличаются конструктивной простотой, но имеют низкие допускаемые скорости газового потока и, следовательно, повышенную металлоемкость и громоздкость. Процесс очистки в таких аппаратах носит периодический характер, т.е. отработанный, потерявший активность поглотитель время от времени заменяют либо регенерируют. Существенный недостаток таких аппаратов - большие энергетические затраты, связанные с преодолением гидравлического сопротивления слоя адсорбента.

Адсорбцию широко используют при удалении паров растворителя из отработанного воздуха органических смол и паров растворителей в системе вентиляции предприятий по производству стекловолокна и стеклотканей, а также паров эфира, ацетона и других растворителей в производстве нитроцеллюлозы и бездымного пороха.

Каталитические методы получают все большее распространение благодаря глубокой очистке газов от токсичных примесей (до 99,9%) при сравнительно невысоких температурах и обычном давлении, а также при весьма малых начальных концентрациях примесей. Каталитические методы позволяют утилизировать реакционную теплоту, т.е. создавать энерготехнологические системы. Установки каталитической очистки просты в эксплуатации и малогабаритны.

Недостаток многих процессов каталитической очистки -- образование новых веществ, которые подлежат удалению из газа другими методами (абсорбция, адсорбция), что усложняет установку и снижает общий экономический эффект.

Каталитическое дожигание применяют для превращения токсичных смесей газов в нетоксичные или малотоксичные. Высокотемпературные дожигатели (рисунок 3б) применяют для нейтрализации смесей газов и паров, содержащих в избытке окислитель или горючее. Для дожигания смесей с избытком горючего в зону горения вводят воздух или кислород, а для дожигания смесей с избытком окислителя - природный газ.

Рис. 3 Схемы каталитического (а) и высокотемпературного (б) дожигателей: 1 - корпус; 2 - каталитическая решетка; 3 - горелка; 4 - трубопровод для подвода газа на дожигание

Пылеобразные выбросы

Пылевые частицы имеют большую суммарную поверхность, вследствие чего их химическая и биологическая активность очень высока. Некоторые вещества в аэродисперсном состоянии приобретают новые свойства, например способность взрываться. Частицы промышленной пыли имеют различные форму и размеры. Понятие размера частицы ввиду большого разнообразия форм условно. В пылеулавливании принято характеризовать размер частицы величиной, определяющей скорость ее осаждения. Такой величиной служит седиментационный диаметр (диаметр шара, скорость осаждения и плотность которого равны скорости осаждения и плотности сравниваемой частицы). При этом сама частица может иметь произвольную форму. Пылевые частицы различной формы при одной и той же массе оседают с разной скоростью. Чем ближе их форма к сферической, тем быстрее они оседают. Наибольший и наименьший размеры частиц характеризуют диапазон дисперсности данной пыли. В настоящее время известно несколько сотен различных конструкций аппаратов для очистки газов от пыли. Несмотря на многообразие, все они являются вариантами аппаратурного оформления, где использованы немногие основные принципы осаждения или задержания взвешенной фазы. Естественными движущими силами процесса осаждения пылевых частиц в потоке являются силы тяжести и диффузии. Эти силы, однако, являются недостаточными для самопроизвольной очистки газов. Хотя улавливание наиболее крупных частиц иногда и осуществляют посредством естественного осаждения в гравитационном поле, в большинстве аппаратов современной пылеочистной техники используют более интенсивное силовое поле, создаваемое искусственно. Так, для пылеулавливания широко применяют инерционные силы, проявляющиеся при изменении направления и скорости пылегазового потока, а также силы электрического притяжения предварительно заряженных частиц к осадительному электроду. Находит применение в пылеулавливании и процесс коагуляции, в результате которого происходит образование укрупненных агрегатов, состоящих из нескольких частиц пыли. Этот процесс интенсифицируют с помощью инерционных, электрических или термических сил. В пылеулавливающих устройствах основной процесс осаждения частиц часто сопровождается побочными нежелательными процессами. Так, например, уже осажденные частицы могут вновь увлекаться газовым потоком, а агрегаты частиц, образовавшиеся в процессе коагуляции, разрушиться и т. д. Для подавления вторичных процессов, мешающих пылеулавливанию, принимают специальные меры -- смачивают осадительные поверхности, снижают скорость газа, повышают электропроводность частиц, вводят в газ жидкость для увеличения прочности агрегатов частиц и т. п. Чтобы выделить пылевидные частицы из газов, осуществляют фильтрование газов через пористые перегородки. В этом случае используют инерционный, электрический или диффузионный механизм осаждения частиц. Выбор механизма осаждения зависит от размеров пылевых частиц, скорости газового потока и других факторов. 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 /3,4/.

Классификация устройств для очистки воздуха от пыли (рис.4).

Пылеулавливающее оборудование при всем его многообразии может быть классифицировано по ряду признаков:

- по назначению,

- по основному способу действия,

- по эффективности,

- по конструктивным особенностям.

Оборудование, применяемое для очистки от пыли воздуха в системах вентиляции, кондиционирования и воздушного отопления, а также для защиты от загрязнения пылью воздушной среды зданий, сооружений и прилегающих к ним территорий подразделяется на следующие типы:

Оборудование, применяемое для очистки от взвешенных частиц пыли воздуха, подаваемого в помещения системами приточной вентиляции, кондиционирования и воздушного отопления - воздушные фильтры; оборудование, применяемое для очистки от пыли воздуха, выбрасываемого в атмосферу системами вытяжной вентиляции - пылеуловители.

Пылеулавливающее оборудование в зависимости от способа отделения пыли от воздушного потока применяют следующих исполнений:

- оборудование для улавливания пыли сухим способом, при котором отделенные от воздуха частицы пыли осаждаются на сухую поверхность;

- оборудование для улавливания пыли мокрым способом, при котором отделение частиц от воздушного потока осуществляется с использованием жидкостей.

Рис. 4 Пылеосадительные камеры и простейшие пылеосадители инерционного действия:

а - простейшая пылеосадительная камера; б - многополочная камера;в - камера с перегородками; г - камера с цепными или проволочными завесами; д - пылевой мешок с центральным подводом газа; е - пылевой мешок с боковым подводом газа; ж - пылеосадитель

человек природа качество вода воздух

4. Способы окисления и восстановления вредных примесей, присутствующих в сточных водах

Основное направление рационального потребления воды-создание замкнутых систем водоснабжения, исключающих образование отходов и сброс сточных вод в водоемы, т.е. многократное использование воды и переработка всех загрязняющих веществ. 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 которых очищенные сточные воды нельзя использовать по условиям технологии или гигиены. Организация замкнутых систем целесообразна, если затраты на рекуперацию воды и веществ, 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 постадийно с постепенным увеличением доли оборотного водоснабжения /8/.

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

Промышленные сточные воды представляют собой жидкие отходы, которые образуются при переработке неорганического и органического сырья. Источники сточных вод в технологических процессах:

1) воды, образующиеся при протекании хим. реакций (загрязнены их продуктами и исходными веществами);

2) воды, находящиеся в виде свободной и связанной влаги в сырье или исходных продуктах и выделяющиеся при их переработке;

3) воды от промывок сырья, продуктов и оборудования;

4) маточные водные растворы;

5) водные экстракты и абсорбенты;

6) хладагенты;

7) прочие-воды вакуум-насосов, конденсаторов смешения, установок гидрозолоудаления, от мытья тары и др /8/.

Классификация методов очистки

Для потребления в оборотных системах и технологических процессах сточные воды подвергают очистке до необходимого качества, которое зависит от вида химического производства. В промышленности применяют механические, химические, физико-химические, биохимические и термические методы очистки, подразделяемые на рекуперационные и деструктивные.

Рекуперационные методы предусматривают извлечение из сточных вод и дальнейшую переработку всех ценных веществ.

С помощью деструктивных методов вещества, загрязняющие сточные воды, подвергаются разрушению путем окисления или восстановления; продукты деструкции удаляются из стоков в виде газов или осадков.

Механические методы используют для предварительной очистки сточных вод.

Химические и физико-химические методы очистки применяют раздельно, а также для достижения наибольшего эффекта в сочетании с механическими и биохимическими методами;

Физико-химическая очистка благодаря определенным преимуществам может быть использована вместо биохимической.

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

Осаждение взвешенных частиц из сточных вод интенсифицируют воздействием на них центробежных и центростремительных сил в низконапорных (открытых) и напорных гидроциклонах. Для выделения тяжелых примесей используют открытые гидроциклоны различных конструкций, в том числе многоярусные, где реализован принцип тонкослойного отстаивания. Среди напорных гидроциклонов распространены конические, которые эффективнее открытых, но потребляют больше энергии. В ряде случаев осадки из сточных вод выделяют в отстойных центрифугах.

Тонкодиспергированные твердые или жидкие вещества выделяют из сточных вод фильтрованием через пористые перегородки под действием гидростатического давления столба жидкости, повышенного давления над перегородками и вакуума после них. В качестве перегородок применяют металлические перфорированные листы и сетки из кислотостойкой стали, алюминия, никеля, меди, латуни и др., различной ткани, керамику и слои зернистых материалов (кварцевый песок, дробленый гравий, коксовая мелочь, бурый или каменный уголь, торф и т.д.). Выбор перегородок зависит от свойств сточных вод, температуры и давления фильтрования, а также от конструкций фильтров.

Для удаления примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются, используют флотацию. Наибольше 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 флотационную камеру, работающую при атмосферном давлении. В камере воздух выделяется в виде пузырьков, которые, поднимаясь, захватывают взвешенные частицы. Пенный слой, образующийся на поверхности 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 тонкодиспергирующих примесей используют различные коагулянты (напр., оксихлорид и сульфат алюминия, алюминат натрия, сульфаты и хлорид железа) и флокулянты (полиакриламид и др.), дозы которых зависят от концентрации загрязнений. Например, 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 растворимыми стальными или алюминиевыми анодами. Под действием электрического тока металл растворяется, в результате чего в воду переходят катионы железа или алюминия; последние, встречаясь с группами, образуют хлопьевидные гидроксиды, и происходит интенсивная коагуляция.

Растворимые примеси удаляют из сточных вод с помощью химических и физико-химических методов.

Химическая очистка связана с использованием различных реагентов, которые вводятся в стоки и вступают во взаимодействие с вредными примесями; последние окисляются или восстанавливаются с получением малотоксичных веществ либо переводятся в малорастворимые соединения и отделяются в виде осадков, которые захороняют, складируют или используют как сырье. Наиболее широко применяют методы нейтрализации и окисления активным хлором, кислородом воздуха, озоном и др.

Нейтрализацию проводят путем окисления кислых и щелочных сточных вод, добавления ряда реагентов [наиболее дешевый - известковое молоко, содержащее 5-10% активной Ca(OH)₂], фильтрованием кислых вод через нейтрализующие вещества и поглощением кислых газов щелочными сточными водами или абсорбцией аммиака кислыми водами.

Хлор, хлорную известь, гипохлориты, хлораты, диоксид хлора используют как окислители для очистки сточных вод от сероводорода, неорганических гидросульфидов, метилсернистых соединений, фенолов, цианидов и др. При очистке озоном последний в виде озоновоздушной или озонокислородной смеси, содержащей 3% по объему О₃, подают в сточные воды; для увеличения поверхности контакта газовую смесь диспергируют. Окисление с помощью озона позволяет одновременно обесцвечивать сточные воды, устранять привкусы и запахи, а также осуществлять деструкцию фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка, ПАВ, красителей, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и др.

Физико-химическая очистка

Для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, если концентрация этих веществ в стоках невелика и они биологически не разлагаются или сильно токсичны, применяют различные адсорбционные процессы. Такая очистка может быть рекуперативной, т.е. с извлечением из адсорбента примесей и их утилизацией, или деструктивной - с разрушением примесей и адсорбента и выбросом продуктов деструкции. В качестве адсорбентов используют активные угли, силикагель, цеолиты и др., а также некоторые отходы (шлаки, золы, опилки и т.д.) /5/.

Ионообменная очистка наиболее распространена для обессоливания воды. Разработаны процессы очистки с применением природных и синтетических ионообменных сорбентов. Для очистки сточных вод от фенолов, масел, органических кислот и др. используют экстракцию жидкостную; она экономически целесообразна, если стоимость извлекаемых веществ компенсирует все затраты на его проведение.

Обратный осмос и ультрафильтрацию применяют для удаления из воды минеральных солей и в локальных установках для извлечения др. примесей; эффективность очистки зависит от свойств мембран.

Для удаления из стоков токсичных газов чаще всего проводят десорбцию с помощью инертного компонента в насадочных или тарельчатых колоннах при нагревании.

Биохимическая очистка служит основным методом обезвреживания сточных вод от органических загрязнителей, которые окисляются микроорганизмами.

На практике широко распространены аэробные процессы, протекающие в естественных условиях на специальных участках земли (полях орошения или фильтрации) либо в искусственных сооружениях (аэротенках и биофильтрах).

Аэротенки - железобетонные аэрируемые резервуары. Очистка происходит по мере прохождения через аэротенк аэрируемой смеси сточных вод и активного ила.

Очистку высококонцентрированных стоков и обезвреживание осадков осуществляют анаэробно, т. е. без доступа кислорода в специальных аппаратах - метантенках; образующийся газ (63-65% СН4, 32-34% СО2) может быть использован для энергетических нужд.

Термическая очистка. Сильно минерализованные и очень токсичные сточные воды, которые не удается очистить перечисленными методами, термически обезвреживают или закачивают в подземные скважины.

Отходы очистки сточных вод

К этим отходам относятся многочисленные осадки, состав которых весьма разнообразен. Например, при биохимической очистке сточных вод образуется избыточный активный ил, содержащий 99% влаги и около 160 г биомассы на 1 м³ жидкости; в расчете на сухое вещество в состав ила входят 37% белков, 20-35% аминокислот и витамины группы В. Для обеззараживания ил обезвреживают, уплотняют, стабилизируют и подвергают термической переработке с получением белково-витаминных кормовых продуктов для сельскохозяйственных животных и технического витамина В12 /5/.

Сложный состав сточных вод не позволяет чётко систематизировать примеси, исходя из источников их образования и последующего использования очищенных сточных вод и осадков из них.

Наиболее удачной, по-видимому, следует считать классификацию примесей, предложенную Л.А. Кульским. Эта классификация основана на фазовом состоянии вещества в растворах, что позволяет объединить в группы самые разнообразные по химическим и физическим характеристикам примеси.

Согласно классификации Л.А. Кульского, все примеси, содержащиеся в воде, делят на четыре группы:

1. взвеси в виде тонкодисперсных суспензий и эмульсий;

2. коллоиды и высокомолекулярные соединения;

3. газы и органические вещества, растворённые в воде;

4. соли, кислоты, основания.

Для очистки воды от веществ первой группы наиболее эффективны методы, основанные на использовании сил гравитации и адгезии.

Особенность примесей второй группы состоит в том, что они способны образовывать устойчивые коллоидные системы. Для очистки воды от этих примесей применяют коагуляционный метод, основанный на введении в очищаемую воду электролитов, изменении состава и концентрации дисперсной фазы, наложении электромагнитных и ультразвуковых воздействий и др.

Примеси третьей группы наиболее эффективно извлекаются из воды при аэрировании, окислении, адсорбции. Многие вещества этой группы хорошо удаляются из воды в процессе адсорбционной очистки с применением активных углей.

Примеси четвёртой группы, представляющие собой электролиты, удаляют из воды переводом ионов в малорастворимые и слабодиссоциированные соединения, используя для этого химические реагенты.

Всё большее распространение получают мембранные методы: микрофильтрация, ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос.

При выборе способа очистки воды от примесей необходимо учитывать не только их состав в сточных водах, но и требования, которым должны удовлетворять очищенные сточные воды: при сбросе в водоём - ПДС (предельно допустимые сбросы) и ПДК (предельно допустимые концентрации веществ), а при использовании очищенных сточных вод в производстве - те требования, которые необходимы для осуществления конкретных технологических процессов.

Окисление и восстановление примесей в сточных водах

Окисления органических примесей, распределяется равномерно по всей длине аэротенка. Диспергирование воздуха в очищаемой сточной воде осуществляют механическими или пневматическими аэраторами. Окислительная мощность аэротенков существенным образом зависит от концентрации активного ила в сточной воде. При очистке производственных сточных вод концентрация ила обычно составляет 2...3 кг/м3 по сухому веществу /5/.

Окситенки обеспечивают более интенсивный процесс окисления органических примесей по сравнению с аэротенками за счет подачи в них технического кислорода и повышения концентрации активного ила. Для увеличения коэффициента использования подаваемого в объем сточной воды-кислорода реактор окситенка герметизируют. Очищенная от органических примесей сточная вода из реактора поступает в илоотделитель, в котором происходит выделение из нее отработанного ила. При проектировании окситенков необходимо предусматривать мероприятия по обеспечению их пожаровзрывобезопасности с учетом вредных и опасных факторов, имеющих место при эксплуатации систем с использованием газообразного кислорода.

Некоторые химические процессы, и особенно процессы окисления органических продуктов кислородом в жидкой фазе, протекают через стадии образования перекисных соединений, которые могут быть причиной аварии.

В реакционной среде, как правило, одновременно протекает несколько процессов. Так, один из компонентов может расходоваться по двум или более различным параллельным реакциям. В других случаях реакция между исходными компонентами не дает непосредственно конечного вещества. Образуется промежуточный продукт, иногда несколько таких продуктов, и только по этому сложному пути последовательных превращений система приходит в конечное устойчивое состояние. Таков, например, механизм окисления органических веществ кислородом /5/.

Окисляемость является косвенной характеристикой загрязнения воды органическими веществами и выражается в мг/л кислорода или окислителя перманганата калия (КМnО₄), необходимых для окисления органических веществ, содержащихся в данном литре воды.

При БПК (биохимическая потребность в кислороде) > 0,5 кг/м3 используют аэротенки с дифференцируемой (сосредоточенной) подачей смеси сточной воды и активного ила в начале сооружения. Воздух, интенсифицирующий процесс окисления органических примесей, распределяется равномерно по всей длине аэротенка. Диспергирование воздуха в очищаемой сточной воде осуществляют механическими или пневматическими аэраторами. Окислительная мощность аэротенков существенным образом зависит от концентрации активного ила в сточной воде. При очистке производственных сточных вод концентрация ила обычно составляет 2...3 кг/м3 по сухому веществу.

Окситенки обеспечивают более интенсивный процесс окисления органических примесей по сравнению с аэротенками за счет подачи в них технического кислорода и повышения концентрации активного ила. Для увеличения коэффициента использования подаваемого в объем сточной воды кислорода реактор окситенка герметизируют.