МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Филиал БНТУ «Институт повышения квалификации и переподготовки кад- ров по новым направлениям развития техники, технологии и экономики БНТУ» Кафедра «Метрология и Энергетика» Шнайдерман Ю.М., Саранцев В.В., Алейникова М.В. Новиков А.А. Основы экологии и природопользования для энергетиков Учебно-методическое пособие для слушателей курсов повышения квалифи- кации энергетиков и студентов энергетического факультета БНТУ Электронный учебный материал Минск БНТУ 2016 УДК ББК Д Авторы: Шнайдерман Ю.М., Саранцев В.В., Алейникова М.В., Новиков А.А. Рецензент: Мелех Александр Алексеевич, заместитель начальника цеха АСУТП РУП «Минскэнерго» филиал Минская ТЭЦ-3 Учебно-методическое пособие предназначено для курсов повышения квалификации в ИПК и ПК БНТУ и может быть использовано специалистами предприятий ГПО «Белэнерго» и студентами энергетического факультета БНТУ. Белорусский национальный технический университет, пр-т Независимости, 65, г. Минск, Республика Беларусь Тел. 2964732 E-mail: rectorat@ipk.by Регистрационный номер № БНТУ/ИПКиПК-10.2016 © БНТУ, 2016 3 Содержание 1 Введение. Экологические проблемы современного общества ........................ 5 2 Основные загрязнители окружающей среды .................................................... 7 2.1 Последствия загрязнения окружающей среды экологически несостоятельными технологическими процессами ....................................... 11 3 Основные пути уменьшения загрязнения окружающей среды ..................... 12 3.1 Создание безотходных (малоотходных) производств ............................. 12 3.2 Уменьшение загрязнения воздушной среды от автомобильного транспорта .......................................................................................................... 13 3.3 Уменьшение загрязнения от установок, вырабатывающих тепло ......... 14 3.4 Уменьшение загрязнения окружающей среды промышленными предприятиями ................................................................................................... 16 3.5 Рассеивание вредных веществ отведением выбросов на большую высоту и устройством санитарно-защитных зон ............................................ 21 3.6 Зеленые насаждения .................................................................................... 24 3.7 Уменьшение загрязнения внутреннего воздуха производственных и гражданских зданий ........................................................................................... 25 3.8 Уменьшение загрязнения водоемов ........................................................... 28 3.9 Характеристика сточных вод и их отведение ........................................... 29 3.10 Основные методы очистки сточных вод ................................................. 30 3.11 Уменьшение количества сбрасываемых сточных вод ........................... 40 3.12 Сброс сточных вод в водоемы .................................................................. 44 3.13 Уменьшение загрязнения окружающей среды твердыми отходами .... 46 3.14 Защита от шума .......................................................................................... 51 4 Защита воздушной и водной среды от выбросов тепловых электростанций ................................................................................................................................. 56 4.1 Выбросы в атмосферу тепловых электростанций и их влияние на окружающую среду ........................................................................................... 56 4.2 Защита атмосферы от вредных выбросов ТЭС ........................................ 57 4.3 Защита водного бассейна от выбросов ТЭС ............................................. 63 4.4 Системы контроля выбросов в атмосферу ................................................ 66 5 Взаимодействие экономики и окружающей среды ........................................ 67 6 Экологический мониторинг .............................................................................. 70 7 Альтернативная энергетика .............................................................................. 71 4 7.1 Солнечная энергетика ................................................................................. 72 7.2 Ветроэнергетика ........................................................................................... 73 7.3 Возобновляемые источники в Республике Беларусь ............................... 75 8 Перечень нормативных документов в области охраны окружающей среды ................................................................................................................................. 75 9 Обозначения ........................................................................................................ 78 Список использованной литературы ................................................................... 81 5 1 Введение. Экологические проблемы современного общества На всех ступенях эволюции общества человек был тесно связан с окружающей средой. Однако с переходом к индустриальной цивилизации воздействие человека на природу настолько усилилось, что привело к разру- шению и деградации природных систем и поставило человечество под угро- зу экологического кризиса. Современная экологическая угроза обусловлена сочетанием локальных и глобальных экологических проблем. Важнейшими глобальными экологи- ческими проблемами современности являются: − глобальное потепление, вызванное выбросом в атмосферу углекис- лого газа, двуокиси азота, метана, хлорфторуглеродов и других «парнико- вых» газов. Углекислый газ (СО2) является продуктом сгорания топлива и вносит наибольший вклад в глобальное потепление - 55%). Согласно прогно- зам, под воздействием накопления в атмосфере парниковых газов средняя температура на Земле может повыситься на 1,5 - 4,5°С, что приведет к цело- му ряду негативных последствий. В течение 100 лет возможен подъем уров- ня Мирового океана приблизительно на 65 см, вызванный интенсивным тая- нием полярных льдов и горных ледников. Это приведет к затоплению об- ширных островных и прибрежных территорий. Возможно также смещение границ природно-климатических зон от экватора к полюсам, требующее пе- реселения людей и перемещения хозяйственных объектов; − разрушение озонового слоя Земли. Впервые это явление было от- мечено в 1975 г. Уже через десять лет, в 1985 г. была принята международ- ная Венская конвенция о защите озонового слоя, а в 1987 г. подписан Мон- реальский протокол, предусматривающий конкретные действия стран в этом направлении. Озоновый слой защищает живые организмы от избыточного ультрафиолетового излучения, поступающего из космоса. Истощение озоно- вого слоя вызывает рост онкологических заболеваний, а также ведет к гибели фитопланктона — основного элемента цепочек питания в Мировом океане. Считается, что основной его причиной является рост производства и выброса в окружающую среду хлорфторуглеродов и других веществ, используемых для изготовления холодильников, кондиционеров, аэрозолей и др.; − сокращение площади лесного покрова Земли. Лесные ресурсы планеты играют важную роль в поддержании экологического равновесия и устойчивости биосферы. Поэтому их уничтожение оказывает негативное воздействие на состояние атмосферного воздуха, водных систем, животного и растительного мира. Ежегодно теряется площадь лесов, по территории 6 равная Австрии. Особую тревогу вызывает вырубка тропического леса, в ко- тором благодаря многоярусности и микроклимату процесс фотосинтеза про- исходит значительно интенсивнее, обогащая атмосферу Земли кислородом. Кроме того, тропический лес представляет собой привычную среду обитания большого количества видов животных и растений, и его уничтожение под- рывает биологическое разнообразие; − опустынивание, включая пахотные и пастбищные угодья. Основ- ными причинами здесь являются массовые вырубки лесов, чрезмерное ис- пользование пастбищ и потепление климата. Ежегодно площадь пустынь увеличивается на 6 млн га и в настоящее время она составляет более 120 млн га. Это равно площади сельскохозяйственных угодий таких стран, как Китай и Нигерия, и составляет более 10% от площади сельскохозяйственных уго- дий мира; − потеря генофонда и исчезновение биологического разнообразия. Под биологическим разнообразием понимается разнообразие видов живот- ных и растений, их генофонда, а также экологических систем, в которых они обитают. В настоящее время биологическое разнообразие насчитывает 10 млн видов животных и растений. Исчезновение одних и появление других видов является естественным процессом, обусловленным эволюцией, изме- нением климата, борьбой за выживание и т. д. Человек воздействовал на ви- довое разнообразие в течение тысячелетий, однако лишь в последние деся- тилетия это воздействие приняло угрожающие масштабы. Ожидается, что до 2020 г. потери мирового видового разнообразия могут составить около 15%, что означает ежедневное исчезновение до 150 видов. Основными причинами исчезновения видового разнообразия являются: 1) загрязнение окружающей среды; 2) прямое уничтожение (коммерческая или спортивная охота и др.); 3) разрушение привычной среды обитания (вырубка тропических ле- сов, использование естественных ландшафтов в экономических целях и т.д.). В настоящее время существует серьезная угроза истощения и деграда- ции земельных ресурсов. Например, 1 см чернозема, который накапливает- ся в природе на протяжении 300 лет, в современных условиях погибает за три года. Основными причинами потери земельных ресурсов являются ан- тропогенная (ускоренная) эрозия почвы, вторичное засоление, химическое и радиоактивное загрязнение. В промышленно развитых странах наиболее серьезной экологической угрозой является загрязнение атмосферного воздуха, негативно влияющее на 7 здоровье людей и ухудшающее состояние окружающей среды в целом. Кон- центрация вредных для здоровья человека веществ в крупных городах пре- вышает медицинские нормы в десятки раз. Кислотные дожди, возникающие путем соединения выбросов двуокиси серы и окислов азота с атмосферной влагой, наносят ущерб лесам, озерам и почве. Так, в Европе ежегодный ущерб от вызванной загрязнением воздуха гибели лесов оценивается в 35 млрд долл. Одна из важнейших экологических угроз для развивающихся стран связана с водными ресурсами. В конце XX в. около 1,3 млрд чел. в разви- вающихся странах были лишены доступа к безопасной питьевой воде и 2 млрд жили в антисанитарных условиях. Кроме того, во всем мире усиливается загрязнение водных систем про- мышленными отходами и химическими веществами. Среди них наибольшую опасность представляют нефть и нефтепродукты, пестициды, синтетические поверхностно-активные вещества и др. За последние годы увеличилось за- грязнение Мирового океана, во многом определяющего экологическое рав- новесие на планете. Особое место в этих процессах занимает тепловое за- грязнение водных систем, ведущее к гибели обитающих в них живых орга- низмов. Условиями выживания человечества становятся охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов. 2 Основные загрязнители окружающей среды Количество загрязнителей окружающей среды огромно. Особенно оно велико для воздушной среды: вредные газы, наиболее распространенными из которых являются окись углерода, сернистый ангидрид окислы азота - ток- сичные пары и, наконец, пыль различной степени токсичности. Эти загрязни- тели могут быть взрывоопасными и иметь органическое и неорганическое происхождение. Многие загрязнители воздуха, например окись углерода, пары ртути, не имеют цвета и запаха, присутствие их в воздухе не ощущается человеком, что создает особую опасность. Некоторые загрязнители имеют кумулятивное свойство: они накапливаются в органах человека и вызывают заболевания, например пары ртути, которые выделяются при многих производственных процессах. Потенциальная опасность паров ртути может увеличиваться, например, в связи с бесконтрольным захоронением боя использованных лю- минесцентных электрических ламп, имеющих широкое применение. Токсич- ность некоторых веществ проявляется неожиданно: например бериллиевая 8 пыль даже в небольших концентрациях в воздухе вызывает тяжелое заболе- вание - бериллиоз; химикат кепоне вызывает поражение мозга и печени, причем эти поражения создают угрозу канцерогенных заболеваний, вредные вещества выделяют различные полимерные материалы, применяющиеся для отделки помещений и мебели. Сложен механизм воздействия на окружающую среду фреонов, широ- ко применяемых в холодильной технике: освобождаясь и достигая слоев стратосферы, они разрушаются ультрафиолетовыми лучами. Выделяющиеся при этом атомы хлора взаимодействуют с озоном и снижают его содержание в стратосфере. Между тем озон поглощает большую часть ультрафиолетово- го излучения, предохраняя все живое на Земле от его пагубного воздействия. Кроме того, фреоны препятствуют рассеиванию инфракрасных лучей в кос- мос, что может повлиять на климатические условия. Загрязнителей водоемов, по данным ПДК, приведенным в Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами, сейчас около 600. Это различные химические вещества, в том числе кислоты, щелочи и соли. Особую опасность представляют загрязнители водоемов в виде зараз- ных бактерий и вирусов. По данным Всемирной организации здравоох- ранения, около 80% всех заболеваний в мире связаны с употреблением за- грязненной воды. Многие загрязнители мигрируют из одной среды в другую, накапли- ваются и попадают в пищу человека. Так, химикаты, применяемые в сель- ском хозяйстве, не только усваиваются растениями, но вместе с дождевыми и талыми водами попадают в водоемы и распространяются далее. Различные фтористые соединения, которыми загрязняют наружную воздушную среду, например алюминиевые заводы, осаждаются на почву и растения, усваива- ются ими, попадают в организм животных, питающихся этими растениями, и от них могут попасть в желудочно- кишечный тракт человека. Предполагалось когда-то, что ртуть, попадающая в водоем, остается вследствие своей высокой плотности на дне в безвредном состоянии. Однако оказалось, что бактерии ее разлагают, с ними она попадает в пищу рыб и че- рез них в организм человека. Даже в таком чистом водоеме, как Женевское озеро, в верхнем слое придонных осадков обнаружено 65 т ртути, из которых только 5 т имеют естественное происхождение. Основной источник загряз- нения ртутью - предприятия, сбрасывающие в водоемы неочищенные отходы производства этилена и красителей. Ртуть, загрязняющая воздушную среду, 9 оседает на почву, растения, здания, при повышении температуры испаряется и повторно загрязняет воздух. Вредные вещества могут накапливаться в животном организме. Акустическая среда заполняется шумом. Различают низкие, средние и высокие звуки. Колебания охватывают большой диапазон частот: от 1 до 16 Гц-ин- фразвуковые, от 16 Гц до 20 кГц-звуковые, выше 20 кГц - ультразвуковые. Находящиеся в звуковой области шумы, принято делить на низкочастотные (ниже 350 Гц), среднечастотные (от 350 до 800 Гц) и высокочастотные (выше 800 Гц). Чаще всего в спектре шума присутствуют все частоты. Самое небла- гоприятное действие на человека оказывает шум, в спектре которого преоб- ладают высокие частоты. Нормируемыми параметрами шума являются уровни в децибелах (дБ) среднеквадратичных звуковых давлений в октавных полосах частот со сред- негеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц. Они допускаются большими для низких частот и меньшими для высоких ча- стот, например в квартирных жилых домах - 55 дБ для 63 Гц и 18 дБ для 8000 Гц, а на постоянном рабочем месте и на территории предприятий соот- ветственно - 103 и 80 дБ. Ультразвук и инфразвук не воспринимаются человеческим ухом, но они могут оказывать на человека неблагоприятное воздействие. Последствия этого воздействия зависят от его продолжительности, характера шума (то- нальный, импульсный), а также от состояния человека. Шум является не только причиной развития глухоты, но и таких забо- леваний, как гипертония, расстройство центральной нервной системы, язва желудка и др. Сильный шум, длительное время воздействующий на челове- ка, понижает его способность к продолжению рода. Звук, равный 130 дБ, воспринимается уже не как звук, а как давление, причиняющее боль. Существенным загрязнителем водных бассейнов являются азотные удобрения почвы. Они, способствуя подъему урожайности сельскохо- зяйственных культур, в значительной степени не усваиваются растениями, попадают с атмосферными осадками в водоемы и перенасыщают их. Вопрос защиты водоемов от подобных загрязнений является актуаль- ным. Загрязняют водоемы, отравляют в них воду и гербициды, например ДЦТ, приводящий к гибели не только вредных, но и полезных насекомых. Но все же основными источниками загрязнения воздушной среды и водоемов являются предприятия черной и цветной металлургии, химической, нефте- 10 перерабатывающей и нефтедобывающей, целлюлозно-бумажной, маши- ностроительной, пищевой, горнодобывающей и легкой промышленности. На эти отрасли хозяйства приходится большая часть всех сбросных вод. Кроме того, воздушная среда загрязняется выделениями тепловых электрических станций, отопительных установок (котельных и печей) и производственных котельных, причем степень загрязнения зависит от вида сжигаемого топлива (таблица 1). Для оценки вида топлива, в разной степени загрязняющего воздушную среду, существует суммарный показатель1. Он отражает влияние на человека всех вредных веществ, которые выделяются при горении топлива. Значение этого суммарного показателя для некоторых видов топлива следующее: сланцы эстонские - 3,1565; подмосковный уголь Б2 - 2,0156; экибастузский уголь СС - 1,848; торф фрезерный - 1,0228; донецкий уголь А - 0,8707; бере- зовский уголь Б2 - 0.4975; мазут (SP = 3%) - 0,1131; мазут (Sp = 0,5%) - 0,0578; газ природный – 0.0378. Другим источником загрязнения окружающей среды является транс- порт: автомобильный, авиационный, железнодорожный и водный. Источниками шума, заполняющего акустическую среду, на промыш- ленных предприятиях являются различного рода машины, технологическое оборудование, вентиляторные установки, выпуск в атмосферу сжатого воз- духа и пара, внутризаводской транспорт и т.д. В жилых и общественных зда- ниях шум создает работа лифтов, санитарно-технических систем (водоснаб- жение и канализация), систем вентиляции и кондиционирования воздуха. В жилых домах дополнительными источниками шума являются радио- и теле- аппаратура, музыкальные инструменты и т.д. Однако, главным источником шума в городах, проникающим во все здания, является транспорт, причем доминирующую роль играет автомобильный транспорт. На общем фоне (включая шум от работающих в городе строительных и дорожных машин) он создает до 50% шума. Большое неудобство причиняет шум, создаваемый самолетами и вер- толетами в расположенных вблизи аэропортов населенных пунктах, так как уровень шума обычного реактивного двигателя та расстоянии 30 м от земли равен 130 дБ, а на расстоянии 100 м – 119 дЦ. _____________ 1 Кропп Л.И., Залогин Н.Г., Яновский Л.П. Показатель суммарной вредности продуктов сгорания энергетических топлив. - Теплоэнергетика, 1978, № 10, с. 47- 49 11 Таблица 1 - Количество вредных примесей на 1 м3 уходящих газов (приве- денных к нормальным условиям при коэффициенте избытка воздуха 1,4) Топливо Вредные примеси летучая зола (до газо улавливания) окислы серы окислы азота Уголь: березовский бурый кузнецкий СС донецкий тощий экибастузский подмосковный бурый Эстонские сланцы Мазут (SP = 3%) 6,66 20 24,2 63,9 50,5 81,5 0,1 0,48 0,85 5,4 2,24 11,2 3,56 3,98 0,41 1,22 0,7 0,79 0,58 0,65 0,8 2.1 Последствия загрязнения окружающей среды экологически несосто- ятельными технологическими процессами В больших городах обнаруживают сейчас более 40 различных веществ, чуждых «природной» воздушной среде. Особенно сильно загрязняют воз- душный бассейн городов промышленные предприятия. Внутренний воздух цехов и промышленных предприятий загрязняется разнообразными вредными газами, парами и пылями, которых сейчас насчи- тывается более 700 видов. При этом некоторые загрязнители создают в по- мещениях взрывоопасные смеси (нефтеперегонные заводы, мукомольные предприятия, заводы синтетического каучука и др.). Неблагоприятное воздействие загрязнение воздушной среды оказывает (вследствие абразивного действия, осаждения сажи и коррозии) на фасады и крыши зданий, металлоконструкции и транспорт, причем коррозия металлов зависит от относительной влажности воздуха: коррозия алюминия начинает- ся при влажности воздуха более 80%, мягкой стали - при влажности от 60 до 75%, никеля и меди - при влажности от 63 до 70%. Коррозия происходит в значительной степени под действием серной кислоты, которая образуется в воздухе при взаимодействии серного ангид- рида с водяными парами и выпадает с дождем (кислотные дожди). Облака серного ангидрида под действием ветра могут распространяться на многие сотни километров, пересекая границы государств. При этом некоторые стра- ны сильно страдают от этого «обмена» загрязненной атмосферой. Основным источником выделения окислов серы являются тепловые электростанции. Под губительным воздействием кислотных дождей проис- ходит разрушение памятников архитектуры. Например, сооруженному из мрамора бесценному памятнику древнегреческого зодчества Акрополю за 12 последние 30 лет был нанесен больший ущерб, чем за предшествующие два тысячелетия. Сернистый ангидрид вызывает постепенное потемнение листьев на де- ревьях, покраснение игл сосны. Среди культивируемых растений наиболее чувствительны к его действию люцерна, ячмень, овес, пшеница, ревень, са- лат-латук, шпинат, табак, фасоль, свекла, редис и помидоры. Почва, насы- щенная кислотными дождями, теряет свою структуру, из нее удаляются та- кие важные элементы, как кальций и магний и, что особенно тревожно, в ней затихает работа микробов—строителей плодородного слоя. Загрязнение окружающей среды наносит большой ущерб не только рыбному хозяйству, но и животным, птицам, полезным насекомым, в частно- сти пчелам. Вредные вещества наносят поражение животному миру через органы дыхания, а также проникая в организм с загрязненной растительной пищей и водой. 3 Основные пути уменьшения загрязнения окружающей среды 3.1 Создание безотходных (малоотходных) производств Главное направление в уменьшении загрязнения окружающей среды промышленностью состоит в развитии безотходных (малоотходных) произ- водств. В них все отходы, в том числе загрязняющие воздух и воду, почти полностью отсутствуют или используются в других технологических циклах данного производства, смежных отраслей промышленности или в сельском хозяйстве. Развитие таких производств необходимо не только для уменьшения за- грязнения окружающей среды, но и для более экономного расходования ми- неральных ресурсов. Для организации такого производства имеются широкие возможности: − жом, получаемый из свеклы на сахарных заводах, традиционно ис- пользуется на корм скоту; − доменные шлаки, являющиеся отходами черной металлургии, а так- же многие шлаки от котельных используются для изготовления строи- тельных материалов; − стружки и опилки, являющиеся отходами деревообрабатывающего производства, используются для изготовления древесностружечных плит и apгoлита; − различные ценные продукты, улавливаемые фильтрами, и т.д. Такая задача решается специально при разработке новых технологиче- 13 ских процессов. Особенно много сернистого ангидрида выделяется от сжигания серни- стых каменных углей и мазута в топках теплоэлектростанций. Для улавлива- ния сернистого ангидрида и получения из него серной кислоты разрабаты- ваются установки. Однако эти проекты пока не реализуются, поэтому очень важно снижение концентрации вредных примесей в продуктах сгорания топ- лива. Применение производственных процессов с замкнутым циклом, как правило, дает значительную экономию, особенно выгодно развитие крупно- тоннажных производств (использование отходов для производства бетона, цемента, керамики и т.д.). Развитию малоотходных производств в большой степени содействует строительство так называемых промышленных комплексов, т.е. несколько предприятий различного профиля, размещенных на одной промышленной площадке. К тому же это экономит единовременные затраты на строитель- ство подъездных путей, источников водо-, тепло-, электроснабжения и т.д. Замкнутые циклы, или безотходные процессы, способствующие сохра- нению окружающей среды, следует распространять не только в промышлен- ном производстве, но и в других сферах человеческой деятельности. Уже сейчас широко используются вторичное сырье, металлолом, пищевые отхо- ды и т.д. Долго не могли найти применение изношенным автомобильным шинам: их сжигали, тем самым сильно загрязняя атмосферу. Теперь эти ши- ны в измельченном виде добавляют в дорожные покрытия, что улучшает его качество (уменьшается тормозной путь), ведутся исследовательские работы по повторному использованию корда. Широкое использование осадка из сточных вод, оборотное водоснаб- жение, использование вторичных энергоресурсов и компоста из пере- работанного мусора - это, по существу, тоже замкнутый цикл происходящих процессов. Развитие малоотходных производств с замкнутым циклом находится пока в начальной стадии. Успех этого дела зависит в от технологов, занима- ющихся разработкой новых и совершенствованием действующих технологи- ческих процессов. 3.2 Уменьшение загрязнения воздушной среды от автомобильного транспорта Одним из наиболее мощных загрязнителей наружной воздушной среды является автомобильный транспорт, быстрый рост которого во второй поло- 14 вине 20 века привел к насыщению городов легковыми автомобилями и пере- ключению на них большей части пассажирских перевозок. Это резко ухуд- шает санитарные условия крупных городов: автомобиль не только загрязняет воздушную среду и создает шум, но, перевозя небольшое число пасса- жиров и работая на наиболее ценных видах топлива, использует его недоста- точно эффективно. В связи с этим возникла необходимость разработки ряда мероприятий, позволяющих предотвратить загрязнение биосферы авто- транспортными выделениями. Одним из таких мероприятий является переход с автомобилей с бен- зиновыми и дизельными двигателями на электромобили, действующие от подзаряжаемых на станциях батарей-аккумуляторов. Электромобили обла- дают рядом достоинств: они бездымны, бесшумны, просты в управлении. Распространению электромобилей в городском транспорте способствуют не- большой среднесуточный пробег автомобилей в городе, ограничение скоро- сти и возможность организации сети зарядных станций для батарей- аккумуляторов. Наряду с предотвращением загрязнения воздушной среды и уменьшением шума в городах внедрение электромобилей обеспечивает эко- номию жидкого топлива. Применение электроаккумуляторного транспорта начнется в ближай- шее время, поэтому уже сейчас надо строить станции подзарядки. Вместе с тем такие станции не нужны для электромобилей «гибридного» типа, имею- щих топливный и электроаккумуляторный двигатели. На топливном двига- теле эти машины намечается эксплуатировать за городом, где их работа не будет создавать недопустимого загрязнения воздуха. Одновременно топлив- ный двигатель предназначен для подзарядки аккумулятора, на котором ма- шина работает в городских условиях. Следует широко использовать массовый общественный электрический транспорт, в частности троллейбусный. КПД общественного электротранс- порта, с учетом потерь на выработку электроэнергии, 25 - 27%, он не загряз- няет воздух, создает меньше шума. 3.3 Уменьшение загрязнения от установок, вырабатывающих тепло Применением топлив, выделяющих минимальное количество продук- тов сгорания для установок, обеспечивающих теплопотребность систем отопления, горячего водоснабжения и вентиляции зданий, можно уменьшить загрязнение наружной воздушной среды. К таким топливам относится преж- де всего природный газ, преимущество которого перед другими видами топ- лива заключается в том, что при его сжигании не образуется сажи и золы. В 15 качестве продуктов сгорания выделяются двуокись углерода, окись углерода, окислы азота. Все остальные виды твердого и жидкого топлива в зависимости от их состава и способа сжигания загрязняют наружную среду видимой фракцией (сажа, зола), окисью углерода и другими вредными газами, а при наличии в составе топлива серы - сернистым ангидридом. Наиболее рациональным мероприятием, направленным на уменьшение загрязнения наружной воздушной среды отопительными установкам, являет- ся ликвидация малых установок благодаря развитию централизованного теп- лоснабжения. При этом вследствие повышения КПД котельных уменьшается (на 20 - 25%) количество сжигаемого топлива, а следовательно, и загрязне- ние окружающей среды. Кроме того, при централизованном теплоснабжении в крупных котельных возможна очистка дымовых газов перед выбросом их в атмосферу от взвешенных частиц. Особенно целесообразно развитие централизованного теплоснабжения от ТЭЦ (теплофикации). Мировые запасы сырой нефти с низким содержанием серы (до 0,5 - 1%) составляют всего 12 - 15%. Для снижения загрязнения воздушной среды вредными примесями, образующимися при использовании сернистых жид- ких топлив, необходимо уменьшить в них содержание серы. Это достигается обработкой жидких топлив методом каталитической гидрогенизации и другими способами. При сжигании сернистого мазута в настоящее время применяют жид- кие присадки (органические или минеральные водорастворимые), которые способствуют устранению загрязнения и коррозии поверхностей нагрева котлов. Использование жидких присадок повышает эффективность сжигания топлива. Ими обрабатывают до 60% всего сжигаемого в топках мазута. Облагораживание топлива перед сжиганием для уменьшения заг- рязнения воздушной среды особенно целесообразно, если оно сжигается в отопительных и производственных котельных малой мощности, поскольку в них для очистки дымовых газов практически можно применить лишь инер- ционные газоочистные установки. Последние, работая на дымовых газах с мелкодисперсными загрязнениями, имеют низкую эффективность. К тому же при использовании инерционных газоочистных установок необходимо при- менять дымососы, что создает неудобства, так как для их размещения требу- ется дополнительная площадь, кроме того, они создают шум при работе. 16 3.4 Уменьшение загрязнения окружающей среды промышленными предприятиями Промышленные предприятия загрязняют не только наружную, но и внутреннюю воздушную среду производственных цехов. Существует ряд мероприятий, направленных одновременно на уменьшение загрязнения наружной и внутренней воздушной среды. Это прежде всего совершенство- вание производства, состоящее в замене применяемых токсичных веществ нетоксичными или малотоксичными, в использовании выбросов для других технологических процессов и производств. Кроме того, это герметизация ап- паратуры и проведение технологических процессов в вакууме с тем, чтобы при непредвиденном или запланированном открывании аппаратов вредные вещества не загрязняли воздух. В тех случаях, когда технологический про- цесс нельзя герметизировать или вести в вакууме, в местах выделения вред- ных веществ устраивают встроенные вентиляционные укрытия и отсосы, например различные зонты, бортовые отсосы, воздухоотсасывающие пане- ли (рисунок 1) и т.п. Отсосы и укрытия должны проектироваться одновременно с разра- боткой технологического оборудования и являться его неотъемлемой и орга- нической частью. Оборудование готовых технологических установок мест- ными укрытиями и отсосами приводит к тому, что эффект их действия сни- жается, а количество отсасываемого воздуха оказывается очень большим. В показатели, характеризующие то или иное технологическое оборудование или процесс, наряду с основными (производительность, стоимость, качество выпускаемой продукции, энергоемкость, металлоемкость, трудоемкость и т.п.) должен включаться показатель, характеризующий санитарные качества. При технологических процессах, связанных с выделением пыли, необходима аспирация, в которой в некоторых случаях применяют гидроподавление. Технологическое оборудование и процессы с выделением особо токсичных веществ, если невозможна их герметизация, а также устройство укрытий и отсосов, необходимо выделять в изолированные помещения с применением дистанционного управления. 17 Рисунок 1 - Схемы местных отсосов. а - вытяжной зонт над горном; б - бортовой отсос; в - воздухоотсасывающая панель; 1 - кровля; 2 - горящий кузнечный уголь; 3 - дутьевой вентилятор; 4 - жид- кость в ванне, выделяющая вредные вещества; 5 - к вентилятору выброса в атмо- сферу (иногда с предварительной очисткой); 6 – место выделения вредных ве- ществ. Рисунок 2 - Схема циклона 1 - загрязненный поток; 2 - уловленная взвесь. Рисунок 3 - Схема тканевого (матерчатого фильтра) 1 - загрязненный поток; 2 - рукава из ворсистой ткани; 3 - очищенный поток Наиболее эффективным мероприятием, уменьшающим загрязнение наружной воздушной среды, является очистка технологических и венти- ляционных выбросов. Для улавливания взвешенных частиц широко применяются различные инерционные пылеотделители. Наиболее распространенным из них является 18 циклон (рисунок 2). Очищаемая газопылевая смесь подводится к корпусу циклона тангенциально, поэтому частички пыли, вращаясь около внутренней поверхности корпуса, осаждаются и периодически удаляются, а очищенный газ (воздух) через расположенную в центре трубу уходит в атмосферу. Эф- фективность действия циклона, особенно на мелкодисперсных взвесях, неве- лика, поэтому применяют батарейные циклоны, представляющие собой группу одиночных циклонов, в которых очищаемая газопылевая смесь про- ходит последовательно из одного циклона в другой. Для повышения эффективности пылеулавливания применяют гидро- циклоны, в которых внутренняя поверхность корпуса смачивается водой, а также пылеосадочные камеры, жалюзийные пылеотделители и др. Распро- страненными пылеуловителями являются тканевые (рукавные) фильтры (ри- сунок 3). В них пыль задерживается на ворсистой ткани при прохождении через нее газопылевого потока. Для удаления пыли ткань периодически встряхивается и иногда продувается воздухом. Более эффективными аппаратами для улавливания пыли являются электрические фильтры, устанавливаемые, например в котельных тепловых электростанций для очистки дымовых газов от сажи, летучей золы-уноса. К коронирующим и осадительным электродам фильтров (рисунок 4) подводят постоянный ток высокого напряжения. Рисунок 4 - Принципиальная схема электрического фильтра (схема да- на для одного элемента цилиндрического фильтра] 1 - загрязненный поток; 2 - осадительный (цилиндрический) электрод; 3 - коронирующий электрод; 4 - очищенный поток; 5 - бункер; + и - электрический ток положительного заряда; - и - электрический ток отрицательного заряда Осадительные электроды присоединяют к положительному полюсу выпрямителя и заземляют, а коронирующие изолируют от земли и присоеди- 19 няют к отрицательному полюсу. Очищаемый поток газов проходит через пространство между электродами: основная масса взвешенных частиц, заря- жающихся под действием коронного разряда (внешне проявляющегося голу- боватым свечением вокруг провода и негромким потрескиванием), оседает на осадительных электродах. Она удаляется в бункер встряхиванием, жидкая фаза загрязнений стекает. Для улавливания пыли газопылевой поток приводят в соприкосновение с водой. Одним из наиболее распространенных аппаратов этого вида являет- ся ротоклон (рисунок 5). В нем газопылевая смесь под давлением, создавае- мым вентилятором, вихревым потоком проходит через водный слой. При этом тяжелые частицы пыли задерживаются водой и осаждаются в нижнюю часть ротоклона, откуда затем удаляются, а очищенный поток уходит в атмо- сферу. К аппаратам, в которых пыль улавливается водой, относят скрубберы, барботеры, промывные башни, пенные аппараты, пылеуловители Вентури, в том числе в компоновке с циклоном и др. Разновидностью мокрых пылеуло- вителей являются конденсационные установки, удаляющие пыль из потока газа, насыщенного водой. Принцип действия установок основан на быстром снижении давления газа, приводящем к испарению воды. Вследствие этого часть водяного пара конденсируется на витающих пылинках, так как они в этом случае являются ядрами (центрами) конденсации. Пылинки, смачиваясь и утяжеляясь, могут быть легко отделены от газа в каком-либо простейшем устройстве, например циклоне. Вода в мокрых аппаратах при соприкоснове- нии с некоторыми видами пыли может менять свои химические свойства и, попадая в водоемы, являться причиной их загрязнения. Рисунок 5 - Схема ротоклона. 1 - загрязненный поток; 2 - очищен- ный поток; 3 - вода; 4 - уловленная взвесь Рисунок 6 - Схема адсорбера. 1 - сетка; 2 - адсорбент; 3 - очищен- ный поток; 4 - загрязненный поток Для повышения эффективности пылеулавливания иногда применяют 20 перед пылеуловителем обработку газопылевого потока ультразвуком, созда- ваемым вращающимися или стационарными сиренами. Для очистки технологических и вентиляционных выбросов от вредных газов и паров применяются адсорберы и абсорберы. В адсорберах очищае- мый поток пронизывает слой адсорбента, состоящий из зернистого вещества, с развитой поверхностью, например активированного угля, силикагеля, оки- си алюминия, пиролюзита и т.п. При этом вредные газы и пары связываются адсорбентом и впоследствии могут быть выделены, из него. Имеются адсор- беры с неподвижным слоем адсорбента (рисунок 6), который меняется после насыщения улавливаемым веществом, а также адсорберы непрерывного дей- ствия, в которых адсорбент медленно перемещается и одновременно очища- ет проходящий через него поток. Применяются также адсорберы с «кипя- щим» (псевдосжиженным) слоем, в которых очищаемый поток подается с большой скоростью и поддерживает слой адсорбента во взвешенном состоя- нии. Поверхность соприкосновения очищаемого потока с поверхностью ад- сорбента больше, но одновременно может произойти истирание адсорбента и запыление очищаемого потока, поэтому за адсорбером приходится устанав- ливать пылевой фильтр. Рисунок 7 - Схема абсорбера 1 - абсорбент; 2 - очищенный поток; 3 - насадка; 4 - сетка; 5 - загрязнен- ный поток; 6 - выброс в канализацию. В адсорберах для очистки применяют, как правило, жидкие вещества, например воду или растворы солей (абсорбенты), поглощающие вредные га- зы и пары. При этом некоторые вредные вещества растворяются абсорбен- том, а другие вступают с ним в реакцию. Конструкции абсорберов весьма разнообразны. Одна из них приведена на рисунке 7: орошаемая раствором 21 насадка из колец Рашига, пронизывается очищаемым потоком. В качестве абсорберов могут применяться распылительные камеры кондиционеров, в которых вместо воды разбрызгивается поглощающий примеси раствор, а также уже упоминавшиеся барботеры, ротоклоны, пенные аппараты, очисти- тели Вентури и другое оборудование. Из адсорберов и особенно абсорберов необходимо удалять отработавший сорбент, так как он создает так называе- мое вторичное загрязнение. 3.5 Рассеивание вредных веществ отведением выбросов на большую вы- соту и устройством санитарно-защитных зон Не для всех видов производств и технологических процессов разрабо- таны способы очистки газов, в некоторых случаях это требует больших за- трат. До сих пор еще нет рентабельного способа очистки от сернистого ан- гидрида и окислов азота уходящих дымовых газов тепловых электрических станций, поэтому часто загрязненные выбросы отводят на большую высоту. При этом выбрасываемые вредные вещества, достигая приземного простран- ства, рассеиваются, их концентрации снижаются до предельно допустимых. Некоторые вредные вещества на большой высоте переходят в другое состоя- ние (конденсируются, вступают в реакции с другими веществами и т.п.), дру- гие, как, например, ртуть, осаждаются на поверхности земли, листве, строе- ниях и при повышении температуры снова испаряются в воздух. Наиболее распространено отведение загрязнителей на большую высоту с помощью труб, которые в отдельных случаях достигают высоты 350 м и более. Эту высоту вычисляют из формулы 1: СМ = МАFmn / (H 2 √V1 ∆T) (1) СМ - максимальная приземная концентрация вредных веществ при вы- бросе нагретой газовоздушной смеси из одиночного (точечного) источника с круглым устьем при неблагоприятных метеорологических условиях на рас- стояние XМ, м, от источника, (должна быть не более ПДК); М - количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/с; А - коэффициент, за- висящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе, с2/3 мг град1/3, от 120 до 240 в зависимости от геогра- фического района расположения; F - безразмерный коэффициент, учитыва- ющий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе; m, n - безразмерные коэффициенты, зависящие от условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; H - высота источника выброса над уров- 22 нем земли, м: V1 - объем газовоздушной смеси, м 3/с; ∆Т - разность темпера- тур выбрасываемой газовоздушной смеси ТГ и окружающего атмосферного воздуха Тв °С. Действующие нормативные документы содержат данные для расчета расстояния от источника выделения вредных веществ до места, с максималь- ной концентрацией в приземном слое холодных выбросов из аэрационного фонаря и из группы источников, рассеивание выбросов с учетом вредного действия нескольких ингредиентов, фоновой концентрации вредных веществ в атмосфере и учета ее в расчете рассеивания выбросов, а также данные для определения границ санитарно-защитной зоны промышленного пред- приятия. Основными показателями, определяющими максимальные концент- рации загрязнителей в приземном пространстве, являются количество за- грязнителей, содержащихся в выбросе, и высота выброса. Для отведения вы- бросов на большую высоту используют не только высокие трубы, но и так называемые факельные выбросы, представляющие собой конические насад- ки на выхлопном отверстии, через которые загрязненные газы выбрасывают- ся вентилятором с большой скоростью (20-30м/с). Применение факельных выбросов создает меньшие единовременные затраты, но вызывает больший расход электроэнергии. Отведение вредных веществ на большую высоту с помощью высоких труб и факельных выбросов не уменьшает загрязнения окружающей среды (воздушной, почвы и гидросферы), а приводит только к рассеиванию их. При этом концентрация вредных веществ в воздушной среде у места их выброса может оказаться меньше, чем на большом расстоянии. Для уменьшения концентрации вредных веществ на селитебной тер- ритории, которая окружает промышленные предприятия, устраивают сани- тарно-защитные зоны. Они предназначены также для зашиты селитебных территорий от запахов сильнопахнущих веществ, повышенных уровней шу- ма, вибрации, ультразвука, электромагнитных волн, радиочастот, статиче- ского электричества и ионизирующих излучений, источниками которых яв- ляются промышленные предприятия. Санитарно-защитная зона устанавливается непосредственно от источ- ника выделения вредных веществ: трубы, шахты, фонаря и т.д. Для установ- ления размеров санитарно-защитных зон, в зависимости от характера и мас- штабов производственных вредностей введена санитарная классификация промышленных предприятий. Существуют пять классов предприятий, при- 23 чем предприятия I класса имеют санитарно-защитную зону 1000 м, II класса - 500 м, III класса - 300 м, IV класса – 100 м и V класса - 50 м. При наличии гигиенических и технико-экономических обоснований допускается увеличе- ние санитарно-защитных зон не более чем в 3 раза. Для отдельных групп или комплексов крупных предприятий I и II класса химической, нефте- перерабатывающей, металлургической, машиностроительной и некоторых других отраслей промышленности и тепловых электрических станций, кото- рые оказывают особо неблагоприятные воздействия на окружающую среду, размер санитарно-защитных зон определяется конкретно для каждого случая и может быть больше, чем указано выше. Территория санитарно-защитной зоны озеленяется и благоустраи- вается, на ней могут размещаться отдельные здания и сооружения, предпри- ятия меньшего класса вредности, а также вспомогательные здания и соору- жения (пожарные депо, бани, прачечные, стоянки для транспорта и т.п.). Возможность использовать земли, отводимые под санитарно-защитные зоны, для сельскохозяйственного производства зависит от количества и характера загрязнений, которые на нее попадают. Для сокращения размеров санитарно-защитной зоны и улучшения со- стояния наружной воздушной среды большое значение имеет взаимное рас- положение промышленной площадки и селитебной территории, учитываю- щее климатические условия, в частности действие ветра. С этой целью про- мышленные предприятия и селитебные территории необходимо располагать на хорошо проветриваемом месте, причем таким образом, чтобы при господ- ствующем ветре выделяющиеся вредные вещества не заносились на селитеб- ную территорию. Особенно неблагоприятны для рассеивания вредных веществ в воздухе местности с преобладанием слабых ветров или штилей. В этих условиях воз- никают температурные инверсии, при которых наблюдается избыточное накопление вредных веществ в наружном воздухе. Атмосферные осадки (дождь, снег и т.п.) способствуют удалению из наружного воздуха части загрязнителей. Исследования показывают, что обычный дождь интенсивностью 1 мм/ч осадков в течение 15 мин удаляет из воздуха 28% частичек пыли размером 10 мкм. Однако при размере частиц менее 2 мкм эффективность захвата аэрозолей дождем практически падает до нуля. Систематические и продолжительные дожди увеличивают степень очистки воздуха, одновременно увеличивая количество оседающих на по- верхность земли, крыш и пр. вредных веществ. 24 Рисунок 8 - Схема влияния высоты выброса на загрязнение наружного воздуха промышленного предприятия а - выброс в пределах зоны аэродинамической тени (следа); б - выброс вы- ше зоны аэродинамической тени (следа) Большое значение для рассеивания вредных веществ в наружной воз- душной среде промышленных предприятий и селитебных территорий имеют планировочные особенности. Форма зданий и их взаимное расположение, а также зеленые насаждения не должны затруднять аэрацию промышленных площадок и населенных мест. Влияние застройки на турбулентность ветро- вого потока прослеживается до уровня, равного трехкратной высоте зданий. Особое внимание следует обращать на правильное расположение места выброса вредных веществ в плане и высоту их выпуска. За обдуваемыми ветром зданиями и сооружениями образуется зона аэродинамической тени, в которой происходит циркуляция воздуха. Важно, чтобы в эту циркуляцион- ную зону не вовлекались вредные вещества, выброс которых происходит на малой высоте (рисунок 8), так как концентрация загрязнений может увели- читься в 6 - 10 раз. При большей высоте выброса, выходящей за границы аэродинамической тени, загрязнения рассеиваются практически беспрепят- ственно. 3.6 Зеленые насаждения Зеленые насаждения не только способствуют рассеиванию вредных веществ в воздухе, но и поглощают их. При озеленении территории промышленных предприятий и их са- 25 нитарно-защитных зон следует выбирать древесные, кустарниковые, цветоч- ные и газонные растения в зависимости от климатического района, характера промышленного производства и эффективности данной породы для очистки воздуха, а также ее газоустойчивости. Наиболее устойчивыми являются, например, акация белая, айлант высокий, клен яснелистовый. Зеленые насаждения по-разному реагируют на различные загрязнения в воздухе, при- чем степень и характер санирующего воздействия зависят в значительной степени от типа посадок. По характеру защитного действия посадки разделяют на изолирующие и фильтрующие. Изолирующими называют посадки плотной структуры (по- лосы или небольшие массивы), которые создают на пути загрязненного воз- душного потока механическую преграду, заставляющую поток обтекать мас- сив. При нормальных метеоусловиях они снижают газо- и парообразные примеси (сернистый ангидрид, окись углерода, фенол) на 25 - 35% путем рассеивания и отклонения загрязненного воздушного потока, а также погло- щающего действия зеленых насаждений. Фильтрующими называют посадки, продуваемые и ажурные по струк- туре, выполняющие роль механического и биологического фильтра при про- хождении загрязненного воздуха сквозь зеленый массив. Эти посадки явля- ются основными для санитарно-защитных зон и занимают около 90% всей озелененной площадки, под которую рекомендуется отводить 60 - 75% об- щей площади санитарно-защитной зоны. Ассортимент растений следует выбирать дифференцированно для каж- дой зоны территории в зависимости от степени загрязнения воздуха. При этом для опушечных насаждений подбирают наиболее устойчивые породы деревьев и кустарников. Все вопросы размещения и выбора зеленых насаждений решаются при составлении ландшафтного проекта, в котором учитывается необходимость создания противопожарных разрывов между границами предприятий и по- садками деревьев (50 м - для хвойных и 20 м - для лиственных пород). Полив территории (особенно заасфальтированной) имеет большое зна- чение для улучшения состояния наружной воздушной среды промышленных предприятий. Он является обязательным, например, на аккумуляторных за- водах, где выделяется в воздух токсичная свинцовая пыль. 3.7 Уменьшение загрязнения внутреннего воздуха производственных и гражданских зданий Состояние наружной воздушной среды как на площадке одного и того 26 же промышленного предприятия, так и микрорайона населенного места не одинаково. Наиболее чистым оказывается воздух в хорошо аэрируемых ме- стах, куда в меньшей степени попадают загрязнения от технологических, вентиляционных, неорганизованных (случайных) и транспортных выбросов. Именно в таких местах следует располагать воздухоприемные устройства для приточной вентиляции. По существующим нормам концентрации вред- ных веществ в местах воздухозабора на промышленных предприятиях не должны превышать 0,3 ПДК для внутреннего воздуха. Для очистки от пыли наружного воздуха, подаваемого приточной вен- тиляцией в помещения, в приточных вентиляционных камерах уста- навливают фильтры. Чаще других применяют масляные фильтры (рисунок 9), в которых наружный воздух под действием вентилятора проходит через медленно движущиеся смоченные маслом сетки. При этом частицы пыли прилипают к сеткам и осаждаются в масляной ванне, откуда периодически или непрерывно удаляются. Рисунок 9 - Схема масляного фильтра для отметки наружного воздуха от пы- ли 1 - загрязненный поток; 2 - металлическая сетка; 3 - электродвигатель с редукто- ром; 4 - ведущий вал; 5 - очищенный поток; 6 - ведомый вал; 7 - масляная ванна; 8 - уловленная пыль в масляной ванне. Рисунок 10 - Схема фильтра из нетканого волокна для очистки наружного воздуха 1 - катушка с нетканым волокном; 2 - очищенный поток; 3 - катушка для наматы- вания запыленного волокна; 4 - запыленный поток 27 Мелкодисперсная пыль масляными фильтрами улавливается плохо. Кроме того, масло может придавать запах проходящему через фильтр возду- ху и застывать при пониженных температурах, а при быстром движении воз- духа срываться его потоком и загрязнять установленное за фильтрами обо- рудование. Этих недостатков лишены фильтры из нетканого волокна (рисунок 10). В них воздух проходит сквозь ленту сухого фильтрующего материала, остав- ляя значительную часть содержащейся в нем пыли, в том числе и мелкодис- персной. Фильтрующий материал по мере загрязнения перематывается с верхней катушки на нижнюю и периодически меняется. Подаваемый в помещение наружный воздух очищают не только от пы- ли, но и от других загрязнителей. Чистота внутреннего воздуха производ- ственных цехов обеспечивается рядом технологических мероприятий: заме- ной токсичных материалов нетоксичными или малотоксичными, герметиза- цией технологических процессов, ведением их в вакууме и др. Остаточные выделения вредных веществ, которые не могут быть устранены технологиче- скими мероприятиями, удаляются вентиляционными устройствами. Вентиляционные устройства применяют в жилых и общественных зда- ниях. Однако это не исключает совершенствования ведущихся там техноло- гических процессов, если они связаны с загрязнением окружающей среды. Например, продукты сгорания газа в бытовых плитах из кухни распростра- няются в комнаты. Воздух загрязняется окисью углерода и окислами азота. Медицинские наблюдения за людьми, проводящими много времени в гази- фицированных кухнях, показали, что у них может появиться оксиуглеродная интоксикация крови. В связи с этим в последнее время жилые помещения оборудуют электрическими плитами, которые совсем не загрязняют воздух. И при этом в жилых помещениях необходим постоянный воздухооб- мен, который не может быть достигнут при применяемой вытяжной венти- ляции с естественным побуждением, поэтому устройство принудительной подачи воздуха в помещения позволит улучшить качество воздушной среды, будет способствовать правильному движению воздуха в квартире (из жилых комнат в кухни и санитарные узлы), а также уменьшит перетекание воздуха из нижних этажей в верхние и из наветренных квартир в заветренные. При этом приточный воздух, если он будет подаваться централизованно, можно фильтровать, увлажнять, а также насыщать дезинфицирующими веществами. 28 Рисунок 11 - Схема организованного притока воздуха в жилые поме- щения с использованием тепла уходящего вентиляционного воздуха 1 - кухни; 2 - вытяжные воздуховоды из санитарных узлов и кухонь; 3 - вы- тяжной вентилятор; 4 - теплообменник; 5 - догреватель приточного воздуха (уста- навливается с повышенной теплоотдачей, если система совмещена с отоплением); 6 - приточный вентилятор; 7 - теплый чердак; 8 - приточный воздуховод для пода- чи воздуха в жилые помещения; 9 - жилые помещения; 10 – коридоры. Возможности использования централизованного притока воздуха в жилые помещения значительно расширились в связи с применением тепло- обменников, в которых используется тепло уходящего вентиляционного воз- духа для нагрева наружного приточного воздуха, а также в связи с примене- нием «теплых чердаков» (верхних технических этажей, в которые выводятся все вытяжные вентиляционные каналы). Применение такой системы теплообменников позволит (рисунок 11) не только улучшить состояние воздушной среды в жилых домах, но и получить значительную экономию тепла, так как КПД теплообменников достигает 60 - 70%. А это в свою очередь приводит к уменьшению загрязнения воздушной среды, поскольку сокращается количество сжигаемого топлива. 3.8 Уменьшение загрязнения водоемов В настоящее время из-за загрязнения водоемов применяемыми в сель- ском хозяйстве химическими удобрениями и ядохимикатами возникла про- блема их рационального использования, т.е. сведения к минимуму их по- 29 ступление в водоемы с атмосферными осадками (ливневыми и талыми вода- ми). Это, однако, является задачей специалистов сельского хозяйства и по- этому здесь не рассматривается. Другим мощным источником загрязнения водоемов, как было уже ска- зано, являются промышленные предприятия. Кроме того, водоемы загрязня- ются хозяйственно-бытовыми сточными водами (от туалетных комнат, ку- хонь, бань, прачечных и т.п.). Для уменьшения загрязнения водоемов сточ- ными водами промышленных предприятий совершенствуют технологию производственных процессов и оборудования. Но несмотря на предпринима- емые меры, сточные воды практически всех промышленных предприятий содержат те или иные загрязнители. Загрязняют водоемы также и дождевые воды, стекаюшие с территорий промышленных предприятий и населенных мест. Особенно загрязненными оказываются первые порции воды в начале дождя и талые весенние воды. 3.9 Характеристика сточных вод и их отведение Все сточные воды подразделяются на четыре категории: хозяйственно- бытовые, загрязненные производственные, условно-чистые производст- венные (например, незагрязненные воды для охлаждения оборудования) и атмосферные. Первые две категории имеют большее загрязнение, вторые - меньшее. Промышленные сточные воды содержат либо неорганические (маши- ностроение, металлообработка), либо органические (пищевая промыш- ленность) загрязнения, а хозяйственно-бытовые воды и воды некоторых от- раслей промышленности (например, химической) - как органические, так и неорганические. Наиболее опасны в санитарном отношении органические загрязнения, особенно физиологические выделения человека и животных, поскольку они могут способствовать распространению желудочно-кишечных и других инфекционных заболеваний. Загрязнения в сточных водах находятся в виде механических примесей (бумаги, тряпок, костей, волокон, песка и пр.), суспензий, эмульсий (частиц размером более 0,1 мкм), коллоидов (частиц размерами 0,1 - 0,001 мкм) и растворов. Попадая в водоем, загрязненные сточные воды нарушают его естественный режим: поглощая растворенный в воде кислород, они наруша- ют кислородный баланс водоема, ухудшают качество воды, парализуют жиз- недеятельность флоры и фауны. При этом вода может оказаться совершенно непригодной для питья, технического водоснабжения, купания и т.п. Если сточные воды не отводятся организованно, то органические ве- 30 щества, содержащиеся в них, скапливаются в почве и на ее поверхности, за- гнивают, заражают воздух. При проникании сточных вод в глубь грунта загрязняются грунтовые воды, которые становятся непригодными для водоснабжения. Эти недостат- ки удается избежать при отведении сточных вод канализационными систе- мами. Применяются канализационные системы, которые принимают все сточные воды (общесплавная канализация), и раздельные системы, при- нимающие отдельно хозяйственно-бытовые и загрязненные промышленные воды, и отдельно - атмосферные и условно-чистые промышленные воды. Большие промышленные предприятия или их комплексы имеют свою канализацию. Малые промышленные предприятия, находящиеся в городе, часто сбрасывают сточные воды в городскую канализацию. При этом важно, чтобы промышленные стоки не нарушали работу очистных сооружений го- родской канализации. 3.10 Основные методы очистки сточных вод Очистка сточных вод перед сбросом в водоемы или перед выпуском с промышленных предприятий предупреждает загрязнение водоемов и грун- товых вод. Характер загрязнений сточных вод зависит от обслуживаемых систе- мой канализации объектов, которые могут состоять из одного или не- скольких производственных предприятий, группы зданий общественного назначения (например, дом отдыха, санаторий, пионерский лагерь), поселка и, наконец, города. В крупных городах может быть несколько канализацион- ных систем и очистных сооружений. Механическая очистка является наиболее распространенной. Из сточ- ной жидкости удаляют загрязнения, находящиеся в ней в нерастворенном и частично коллоидальном состоянии, причем крупные предметы задержива- ются решетками, которые ставят перед очистными сооружениями. Уловленные предметы отправляют на свалки, мусоросжигательные станции и т.п., а на крупных канализационных станциях их дробят в специ- альных машинах и вновь сбрасывают в поток сточных вод для улавливания, в последующих очистных сооружениях. Реже при механической очистке сточной жидкости применяют процеживание через сито (для улавливания волокнистых примесей). Песок, шпак, а также основную массу органических соединений, находящихся во взвешенном состоянии, осаждают из сточной жидкости (путем резкого уменьшения скорости ее движения) в песколовках 31 и отстойниках (рисунок 12), которые по конструкции бывают горизонталь- ными, радиальными и вертикальными. Рисунок 12 - Схема песколовки 1 - впуск сточной жидкости; 2 - съемная плита перекрытия песколовки; 3 - люк для удаления отстоя; 4 - лоток выпуска; 5 - выпуск сточной жидкости; 6 - от- стой песка или грязи. Рисунок 13 - Схема жироловки 1 - выпуск сточной жидкости; 2 - съемный настал (снимается для удаления уловленной массы); 3 - клапан для опорожнения жироловки; 4 - заборные отвер- стия для выпуска очищенной сточной жидкости Перспективными являются полочные отстойники, получившие широ- кое распространение за рубежом. Отстаиванием улавливают всплывающие примеси (нефть, смолы, жиры) (рисунок 13). Для механической очистки сточных вод используют песчаные и сет- чатые фильтры. Их можно устанавливать также для дополнительной очистки сточной жидкости после отстаивания. Прогрессивным является метод разде- ления суспензий в гидроциклонах и центрифугах. Химическая очистка сточной жидкости происходит при взаимодей- ствии загрязнителей или загрязнителей и реагентов. В результате реакций 32 окисления и восстановления загрязнения переходят в новые соединения, вы- падающие в осадок или выделяющиеся в виде газов. Особенно часто приме- няют реакцию нейтрализации, иногда в сочетании с коагуляцией. Нейтрализация сточной жидкости происходит при смешении кислых и щелочных сточных вод, сточных вод с нейтрализующим реагентом, филь- трацией сточных вод через нейтрализующие материалы и другими способа- ми. Кислые и щелочные сточные жидкости перемешивают в резервуарах- усреднителях, например прудах, рассчитанных не менее чем на суточное пребывание смешиваемых жидкостей. Нейтрализацию реагентом проводят в специальных камерах-нейтрализаторах, причем нейтрализатор может быть совмещен с отстойником. В качестве фильтрующего материала применяют известняк, мрамор и доломит. Этим способом обрабатывают обычно соляно-, азотно- и сернокислые воды. Физико-химическая очистка основана на процессах коагуляции, флокуляции, экстракции, сорбции, эвапорации, флотации, кристаллизации, электролизе и др. К о а г у л я ц и я применяется для ускорения процесса осаждения тон- кодисперсных примесей и эмульгированных смол, если простое отстаивание или фильтрование не дает удовлетворительного результата. В качестве коа- гулянта добавляют сульфат алюминия, алюминат натрия и др. Ф л о к у л я ц и я применяется для интенсификации процессов коагу- ляции и осаждения взвешенных частиц. С этой целью широко используют органические природные и синтетические реагенты. При э к с т р а к ц и и (рисунок 14) сточную жидкость смешивают с веществом (экстрагентом), в котором растворяется основная масса загрязне- ния, например для улавливания фенола из сточной жидкости в нее добавля- ют бензол. Плотность экстрагента меньше плотности сточной жидкости, по- этому при подаче снизу он поднимается вверх, встречает на своем пути за- грязнения, соединяется с ними и удаляется сверху. Очищенная от уловлен- ных загрязнений жидкость отводится снизу. При с о р б ц и и загрязняющие жидкость частицы оседают на поверх- ности сорбентов, например активированных углей. При э в а п о р а ц и и загрязняющие сточную жидкость летучие веще- ства (например, фенол) отгоняют с водяным паром. При этом летучие за- грязнения сточной жидкости переходят в пар, который поступает далее в по- глотительную колонку,где очищается от загрязнений. В энергетике, нефтяной, бумажной и пищевой промышленности 33 очистка сточной жидкости осуществляется напорной ф л о т а ц и е й , в результате которой загрязняющие воду дисперсные частицы всплывают вме- сте с пузырьками воздуха, подаваемого в очистной аппарат снизу. Для ин- тенсификации процесса в сточную жидкость иногда добавляют коагулянт (образующий хлопья) или пенообразующие вещества (пенная флотаиия). За- грязнитель, отделенный от сточной жидкости, удаляют с поверхности. Пен- ная флотация с озонированием применяется для очистки сточной жидкости от широко используемых в настоящее время поверхностно-активных ве- ществ (ПАВ). Рисунок 14 - Схема физико-химической очистки сточных вод. При к р и с т а л л и з а ц и и загрязнения из сточных вод выделяют в виде кристаллов. Кристаллизация происходит обычно в водоемах с по- вышенной концентрацией загрязнений. Способ э л е к т р о л и з а и э л е к т р о д и а л и з а приме- няют для очистки от трудно окисляемых загрязняющих веществ. Электро- гидравлический эффект, возникающий при разрядке токов высокого напря- жения, можно использоваться для разрушения сложных молекул загрязните- лей (например, красителей). Химической и физико-химической очистке подвергаются в основном промышленные сточные воды. Биологическая очистка сточной жидкости применяется при загряз- нении органическими веществами. Она основана на способности микро- организмов использовать для питания находящиеся в сточных водах органи- ческие вещества. В результате сложного биохимического окисления, проис- ходящего при наличии кислорода, происходит минерализация органических загрязнений. Образовавшиеся минеральные соединения увеличиваются в массе благодаря жизнедеятельности микроорганизмов (аэробных бактерий). Биологическую очистку ведут либо в условиях, близких к естествен- 34 ным (на полях орошения, фильтрации, биологических прудах). либо в искус- ственных условиях (аэротенках, окислительных каналах с механическим орошением, биологических фильтрах и т.п.). В крупных очистных сооружениях биологическую очистку производят в аэротенках (рисунок 15), представляющих собой емкость с очищаемой сточной жидкостью, через которую снизу вверх пропускается мелкими пу- зырьками воздух (иногда кислород). Для повышения эффективности очистки созданы новые конструктивные модели аэротенков: многосекционные и ко- ридорные, с неравномерной подачей воды, смесители с поверхностным аэра- торами - отстойники, фильтр-тенки, окситенки и др. В связи с увеличением массы микроорганизмов после аэротенков их выделяют в виде активного ила, биопленки обычно в так называемых вто- ричных отстойниках. В очистных системах с аэротенками большая часть ак- тивного ила возвращается из вторичного отстойника в аэротенк, а прирост (избыточный ил) сбрасывается и обрабатывается с осадком из первичных от- стойников. Таким образом, активный ил требуется только при запуске со- оружений биологической очистки, в дальнейшем процесс только контроли- руют. Для жизнедеятельности микроорганизмов необходимо наличке в сточ- ных водах азота, фосфора и калия, поэтому при отсутствии этих элементов их вводят в виде соответствующих ,минеральных солей. Рисунок 15 - Принципиальная схема аэротенка 1 - загрязненный поток; 2 - активный ил; 3 - фильтрозные пластины для рас- пределения воздуха, проходящего через толщу очищаемой воды; 4 - перфо- рированные трубы, через которые нагнетается воздух; 5 - очищенный поток. 35 Рисунок 16 - Схема комбинированной очистки с аэротенками и сбра- живанием осадка в метантенках 1 - решетка; 2 - песколовки; 3 - предаэратор; 4 - первичные отстойники; 5 - аэротенки; 6 - вторичные отстойники; 7 - контактные резервуары; 8 - хлораторная; 9 - иловая насосная; 10 - песковые площадки ( для отвала песка из песколовок); 11 - метантснки; 12 - насосная станция; 13 - воздуходувная станция; 14 - котельная; 15 - иловая площадка или цех вакуум- фильтрации Степень загрязнения сточной жидкости органическими веществами ха- рактеризуется биохимической потребностью в кислороде (БПК), необходи- мом для окисления органических загрязнений. Она может достигать не- скольких тысяч миллиграммов на 1л. При биологической очистке получается вода, имеющая БПК-10 - 15 мг/л (полная очистка) или 30 - 50 мг/л (неполная очистка). БПК воды, используемой для водоснабжения, может достигать 3 мг/л. После отстаивания очищаемую жидкость сбрасывают в водоемы. Если ее источником были хозяйственно-бытовые стоки, жидкость дезин- фицируют. Биологической очисткой удаляют 10 - 40% находящегося в сточной жидкости фосфора. Вместе с тем его количество увеличивается в связи с применением моющих средств, содержащих фосфор. Сброс недостаточно очищенной от фосфора сточной жидкости в водое- мы, особенно малопроточные, приводит к быстрому заростанию их сине- зе- леными водорослями. Для удаления соединений фосфора из городских сточ- ных вод, а также при повторном использовании воды в промышленном водо- снабжении применяется биолого-химический метод очистки. Этот способ ха- рактеризуется введением коагулянта в очищаемую жидкость и применением 36 повышенных доз активного ила в аротенках. Очистка сточных вод производится на очистных канализационных станциях, куда собираются сточные воды многих объектов. Если к системе канализации присоединяются промышленные предприятия с особо загряз- ненными стоками, то для того чтобы не нарушилась работа канализационных трубопроводов и очистных канализационных станций, сточные воды подвер- гают локальной (местной) очистке. При этом очистные сооружения, как пра- вило, располагают на территории промышленных предприятий, иногда непо- средственно в его цехах. При локальной очистке применяют песколовки, жироловки и устрой- ства для химической и физико-химической очистки. В ряде случаев очистка загрязненных сточных вод промышленных предприятий является сложной задачей. На канализационных очистных станциях хозяйственно-бытовые и про- изводственные воды, как правило, очищают совместно комбинированным способом (рисунок 16) с использованием механического, биологического и химического методов. Отстаивание осадка на установках большой мощности производится в первичных и вторичных отстойниках, а дезинфекция хлором оставшихся по- сле очистки микроорганизмов - в специальных емкостях (контактных резер- вуарах). Задержанные в отстойниках вещества (в основном избыточный ил) направляют в специальные емкости (метантенки), где они при температуре до 53°С сбраживаются (перегнивают) без доступа кислорода под влиянием анаэробных бактерий. Бактерии разлагают органическую часть загрязнений на минеральные соли с выделением метана и углекислого газа, тем самым уменьшая эту часть загрязнений на 50%. Сброженный, перегнивший осадок выгружают на иловые площадки, где его подсушивают до состояния влаж- ной земли, после чего используют как удобрение. На крупных очистных станциях такие иловые площадки занимают большие территории. Для их уменьшения сброженный осадок обезвоживают, например на вакуум- фильтрах. Для подачи воздуха в аэротенки очистные станции имеют воздухо- дувки. Метан, полученный из метантенков, используют в котельной, выраба- тывающей тепло для нужд очистных станций. В составе очистных станций предусматривают компрессорные для 37 пневматической аэрации сточной жидкости, насосные для перекачки оборот- ных сточных вод, дренажных вод, осадка сырого и сброженного активного ила, а также хлораторную, склады хлора, материальный склад, мастерские, контору и лабораторию. Рисунок 17 - Схема приготовления несброженного осадка для исполь- зования в качестве удобрения 1 - несброженный осадок; 2 - избыточный уплотненный активный ил; 3 - ре- зервуар-регулятор; 4 - насос; 5 - хлорное железо; 6 - известковая суспензия; 7 - установка для очистки парогазовой смеси, отсасываемой от сушилки; 8 - вентиля- тор; 9 - сепаратор воздушно-проходного типа (выполняет досушку и разделение по фракциям с возвратом пылевидной фракции); 10 - ленточный транспортер; 11 - бункер готового продукта; 12 - сжатый воздух; 13 - сушилка со встречными струя- ми; 14 - сетевой газ; 15 - транспортер; 16 - вакуум-фильтр или фильтр-пресс. Применяются очистные станции без метантенков, выдающие гранули- рованный несброженный осадок (рисунок 17). Осадок из отстойников направляют в фильтры для обезвоживания. В процессе механического обез- воживания к исходному осадку для улучшения его водоотдачи добавляют реагенты: хлорное железо 2 - 4% и известь 10 - 15% массы сухого вещества. Далее осадок попадает в сушилку со встречными горящими газовыми струя- ми, в которой он одновременно подсушивается и гранулируется (без выгора- ния органической части). Под воздействием высокой температуры в нем гибнут болезнетворные организмы. Из сушилки смесь сухого гранулирован- ного осадка (влажностью 30 - 50%), продуктов сгорания, пара и газа подается в сепаратор, где гранулированный осадок отделяется для дальнейшего ис- пользования в качестве удобрения. 38 Выходящая парогазовая смесь может загрязнять наружную воздушную среду, в связи с чем должны быть приняты меры, предупреждающие это за- грязнение. Загрязнение воздушной среды происходит также при сжигании осадка на некоторых промышленных предприятиях при локальной очистке сточных вод. Очистные станции, выдающие гранулированный несброженный оса- док, по единовременным и приведённым затратам обходятся на 30% дешев- ле, чем станции с метантенками. Они занимают значительно меньшую тер- риторию. Рисунок 18 - Схема компактной установки заводского изготовления для очистки сточных вод методом полного окисления 1 - подающий трубопровод; 2 - пескоулавливающий лоток; 3 - механический аэратор; 4 - электродвигатель и редуктор под кожухом; 5 - отстойная зона; 6 - от- водящий трубопровод; 7 - трубопровод, 8 - аэрационная зона. Для очистки небольшого количества сточной жидкости применяют компактные очистные установки с пневматической и механической аэрацией производительностью от 12 до 700 м3 сточной жидкости б сутки. На рисунке 18 приведена схема очистной установки с механической аэрацией. Установка предназначена для полной биологической очистки бытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод и представляет со- бой металлический резервуар, разделенный системой перегородок на аэра- ционную и отстойную зоны. Аэрация сточных вод осуществляется механическим аэратором ротор- ного типа с приводом от электродвигателя с редуктором. Технологическая схема работы установки следующая. Сточная жидкость по при- соединительному патрубку поступает в пескоулавливающий лоток и прохо- дит через решетку с прозорами по 16 мм, задерживающую крупные примеси. Из лотка сточную жидкость направляют в аэрационную зону, где она очища- ется активным илом. Для жизнедеятельности и развития активного ила в жидкость постоянно подают воздух механическим аэратором. Через щель 39 сточная жидкость поступает в отстойную зону, где отделяется активный ил. Осевший активный ил частично возвращается в аэрационную зону, где он снова участвует в процессе очистки. Очищенная сточная жидкость через лотки и сбросной патрубок выходит из установки и поступает в водоем. В зависимости от способа подачи сточной жидкости установку монти- руют на уровне земли или заглубляют ее так, чтобы сточная жидкость посту- пала в нее самотеком. В первом случае требуется утепление установки, во втором случае в климатических зонах со средней зимней температурой до — 30°С установки монтируют на открытом воздухе. При более суровых клима- тических условиях над установкой сооружают неотапливаемый шатер. Уста- новку можно располагать в непосредственной близости от канализуемых объектов. Обслуживание установки сводится к ежедневной очистке решетки, контролю за работой двигателя аэратора, периодической профилактике и удалению осадков и избытков активного ила на иловую площадку перенос- ным насосом (1 раз в 3 - 4 месяца). Для размещения компактных очистных установок со всеми вспо- могательными устройствами требуется небольшая площадь. Кроме загрязнения водоемов различными вредными веществами, по- ступающими со сточными водами, существует так называемое тепловое за- грязнение водоемов, вызванное сбросом в них теплой воды. Основным ис- точником такого загрязнения являются тепловые электростанции, забираю- щие воду из водоемов для охлаждения конденсаторов и потом сбрасываю- щие ее туда с более высокой температурой. Это само по себе не оказывает прямого воздействия на качество воды. Однако повышение температуры во- ды в водоеме интенсифицирует биологические процессы: приводит к «цве- тению» воды, уменьшению растворенных в ней газов, изменению ее физиче- ских и химических свойств. При спуске хозяйственно-бытовых вод в такие водоемы из них высеиваются патогенные микроорганизмы кишечной груп- пы, которые не только хорошо выживают, но и быстро размножаются. По- вышение температуры в водоемах отрицательно влияет на некоторые сорта рыб. Для устранения теплового загрязнения водоемов электростанциями устраивается оборотное водоснабжение. Однако делается это не всегда. При сбросе тепловых вод в водоемы перспективно использование их для тепловодного рыбоводства. Его преимущество по сравнению с традици- онными методами искусственного выращивания рыбы состоит в интенсифи- 40 кации производства: например, карпа выращивают за 1 – 2 года вместо 4 лет, а растительноядных рыб за 2 - 3 года вместо 5 - 8 лет. 3.11 Уменьшение количества сбрасываемых сточных вод Доочистка очищенной сточной жидкости на очистных станциях и ее дальнейшее использование для промышленного водоснабжения наиболее эффективно. Процесс доочистки сводится в большинстве случаев к дополни- тельному пропусканию очищенной воды через фильтры того же типа, что и на водопроводных станциях (песчаные и сетчатые микрофильтры). Иногда применяют метод флотации, а также сорбции. После доочистки воду подают в сеть промышленного водоснабжения для использования на технологические нужды, в частности для охлаждения, технологического оборудования, а также в качестве поглощающей и транс- портирующей среды для механических примесей в химической, металлурги- ческой, нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, угольной, машино- строительной, энергетической, целлюлозно-бумажной, лесной, деревообра- батывающей и других отраслях промышленности при исключении контакта персонала с технической водой. Расчеты показывают, что гораздо экономичнее использовать очи- щенные городские сточные воды в качестве технической воды по сравнению с забором воды из городских водопроводов. Оборотное водоснабжение также уменьшает количество сбрасыва- емой промышленными предприятиями сточной жидкости, причем при- менение этого метода возможно в очень широких масштабах. Особенно часто оборотное водоснабжение используют для охлаждения технологического оборудования (рисунок 19). При этом вода, охлаждающая оборудование, не выбрасывается в канализацию, а неоднократно использует- ся: поступает на охлаждение в градирни, после чего насосом снова подается в технологическое оборудование и т.д. Рисунок 19 - Схема оборотного водоснабжения, используемого для охлажде- ния технологического оборудования 41 1 - охлаждаемое технологическое оборудование; 2 - трубопровод подачи охлажденной воды к оборудованию; 3 – трубопровод, подающий нагретую воду от оборудования; 4 - аппарат, охлаждающий воду (например, градирня); 5 - водопро- вод; 6 - центробежный насос Рисунок 20 - Схема устройства пленочной градирни с вентилятором 1 - вентилятор; 2 - трубопровод с форсунками, разбрызгивающими охлажда- емую воду; 3 - насадка; 4 - поплавковый клапан; 5 - водопровод; 6 - поддон для сбора охлажденной воды; 7 - насос для подачи охлажденной воды. В градирнях вода охлаждается наружным воздухом, в основном в ре- зультате испарения небольшой части воды. При этом процессе скрытая теп- лота парообразования отнимается от самой воды, вследствие чего и понижа- ется ее температура. Количество испаряемой воды зависит от площади ее по- верхности, условий тепломассообмена с воздухом (его температуры и влаж- ности) и скорости движения. В связи с тем, что часть циркулирующей в системе оборотного водо- снабжения воды испаряется, систему приходится постоянно пополнять. До- бавляют воду обычно в поддон градирни с помощью поплавкового клапана, который устанавливают на водопроводе. Градирни бывают капельными и пленочными (рисунок 20). В первых вода разбрызгивается на мелкие капли, во вторых в основном стекает тон- кими пленками. Воздух в градирни поступает снизу, поднимается навстречу падающему потоку воды и, забрав тепло, уходит в атмосферу. 42 Рисунок 21 – Схема оборотного водоснабжения для мойки (промывки) сырья, полупродуктов, продуктов 1 - поток промываемого вещества; 2 - промыватель на оборотной воде; 3 - водопровод; 4 - промыватель на водопроводной воде; 5 - поток промытого веще- ства; 6 - трубопровод, подающий загрязенную воду; 7 - канализация; 8 - аппарат для очистки оборотной воды (например, отстойник); 9 - насос; 10 - трубопровод, подающий очищенную воду. Рисунок 22 – Схема воздушного охлаждения оборудования с примене- нием промежуточного теплоносителя 1 - охлаждаемое водой технологическое оборудование; 2 - трубопровод, по- дающий нагревшуюся в оборудовании воду на водоохладетель; 3 - поверхностный теплообменник (с вентилятором) для охлаждения воды наружным воздухом; 4 - насос; 5 - трубопровод, подающий охлажденную воду на оборудование Движение воздуха может быть естественным (под влиянием разности температур и плотностей наружного воздуха и воздуха в градирне) и искус- ственным (создаваемым вентилятором). В последнем случае градирни назы- вают вентиляторными. Градирни размещают на территории предприятия. Для охлаждения воды применяют также фонтаны, охлаждающие пру- 43 ды и брызгальные бассейны. В охлаждающих прудах тепломассообмен между охлаждающейся во- дой и воздухом происходит с поверхности воды, в брызгальных бассейнах - поверхности воды и разбрызгиваемых капелек, которые сначала (под напо- ром) поднимаются вверх, а потом падают в бассейн. Для экономии тепла це- лесообразно использовать тепло охлаждаемой воды для нагревания холодной воды, идущей на горячее водоснабжение. В качестве охладителей в оборот- ном водоснабжении применяют теплообменные аппараты (например, бойле- ры). Оборотное водоснабжение можно применять для технологических процессов, не связанных с охлаждением оборудования, например для про- мывки сырья, мойки полупродуктов и пр. (рисунок 21). При этом вода, про- мывающая тот или иной материал, не выбрасывается, а попадает в очистное сооружение. После очистки вода насосом вновь подается в оборудование для промывки материала. Для окончательной (более чистой) промывки иногда устанавливают дополнительное оборудование, работающее на проточной во- допроводной воде (рисунок 21). Потребность в воде при оборотном водо- снабжении по сравнению с прямоточным уменьшается в 20 - 25 раз. В ряде случаев (например, при остром недостатке воды или ее большой стоимости) для охлаждения оборудования применяют безводный метод. При этом для охлаждения греющих поверхностей оборудования используют хо- лодный воздух, в том числе с применением промежуточного теплоносителя, например воды, которая циркулирует, не испаряясь, по замкнутому гермети- ческому контуру (рисунок 22). В последнем случае теплоноситель охлажда- ется в поверхностных теплообменниках. Повторное использование водопроводной воды также уменьшает коли- чество сточных вод, сбрасываемых промышленными предприятиями. Оно состоит в том, что после использования воды в одном технологическом про- цессе ее применяют в другом. Поскольку режим первичного использования воды (в первой группе технологического оборудования) обычно не совпадает с режимом ее повтор- ного применения, за первой группой оборудования приходится устанавли- вать накопитель воды в виде сообщающейся с атмосферой емкости и насос, который из накопителя подает воду для повторного использования (рисунок 23). Если при первичном использовании вода загрязняется, то перед по- вторным применением ее очищают. 44 Использование сточных вод после доочистки, оборотное водоснабже- ние и повторное использование воды кроме уменьшения загрязнения водое- мов экономически выгодно и уменьшает расход пресной воды, т.е. экономит природные ресурсы. Рисунок 23 - Схема повторного использования воды с установкой накопите- ля и насоса 1 - технологическое оборудование, использующее водопроводную воду; 2 - технологическое оборудование, использующее отработанную воду; 3 - накопитель; 4 - насос; 5 - водопровод; 6 - трубопровод, подающий отработанную воду в накопи- тель; 7 - трубопровод, подающий воду для повторного использования; 8 - трубопро- вод для сброса избытка отработанной воды; 9 - трубопровод для сброса использо- ванной воды в канализацию Для пополнения пресных подземных вод их питают поверхностными водами, которые по мере прохождения через слои земли до места водоразбо- ра скважины очищаются. Все мероприятия по уменьшению расхода пресной воды вызваны не только необходимостью предохранения водоемов от загрязнения, но и ее де- фицитностью: из мировых водных запасов (14 млрд.км3) на долю пресной воды приходится лишь 2,7%, причем из них только 0,36% - на реки, озера и болота, которые доступны для человека. 3.12 Сброс сточных вод в водоемы Сброс сточных вод в водоемы регламентируется рядом нормативных документов. Согласно им, запрещается сбрасывать в водные объекты сточ- ные воды, которые могут быть устранены с помощью рациональной тех- нологии, максимального использования систем оборотного и повторного во- доснабжения или устройства бессточных производств, воды, содержащие ценные отходы, а также те воды, которые с учетом их состава и местных 45 условий могут быть использованы для орошения в сельском хозяйстве. Действующая НТД запрещает вводить в эксплуатацию новые и рекон- струированные предприятия, цехи, агрегаты, не обеспеченные устройствами, предотвращающими загрязнение и засорение вод или их вредное воздей- ствие. Использовать водоемы для сброса сточных вод разрешено только при соблюдении специальных требований и условий, предусмотренных законо- дательством. При этом сброс производственных, коммунально-бытовых и других сточных вод возможен только после согласования с органами, осу- ществляющими государственный санитарный надзор, охрану рыбных запа- сов, и другими заинтересованными организациями. Сброс сточных вод практически допускается только в тех случаях, если он не ведет к увеличению в водоеме загрязняющих веществ свыше установ- ленных норм, и при условии очистки водопользователем сточных вод до пределов, установленных органами по регулированию использования и охране вод. Лица, виновные в загрязнении и засорении водоемов, несут уголовную или административную ответственность в соответствии с законодательством. Поверхностные водоисточники подразделены на водоемы санитарно- бытового использования и водоемы, используемые в рыбохозяйственных це- лях. Как те, так и другие в свою очередь подразделяются на два вида. Водое- мы санитарно-бытового использования имеют участки для забора воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения или водоснабжения пищевых пред- приятий и участки, предназначенные для спортивных сооружений, купания, отдыха населения. Водоемы рыбохозяйственного использования подразделяют на участ- ки, где воспроизводятся и сохраняются ценные сорта рыбы, и на участки, предназначенные для других рыбохозяйственных целей. Согласно правилам, после спуска сточных вод увеличение содержания взвешенных веществ в во- доемах первого вида не должно быть более 0,25 мг/л, а в водоемах второго вида - не более 0,75 мг/л. Вода в водоемах не должна приобретать каких-либо специфических привкусов и запахов; для сохранения способности водоема к самоочищению содержание растворенного кислорода в нем должно быть не менее 4 или 6 мг/л в зависимости от назначения. Биохимическая потребность в кислороде при температуре воды в водо- емах 20°С не должна превышать 3 мг/л; в водоемах, предназначенных для купания, спорта и отдыха, и в водоемах, находящихся в черте населенных 46 мест, она должна быть не более 6 мг/л. Водородный показатель воды в водо- еме должен находиться в пределах 6,5 - 8,5. Сточные воды в смеси с дистиллированной водой в пропорции, соот- ветствующей разбавлению в водоеме, не должны давать явно выраженной окраски в столбике высотой 20 см для водоемов первого вида и 10 см для во- доемов второго вида. Сточные воды как в растворе, так и во взвешенном состоянии не долж- ны содержать ядовитых веществ, которые могли бы оказать прямое или кос- венное вредное воздействие на человека, животных, рыб и водные организ- мы, служащие кормовой базой для рыб. Концентрации вредных веществ в водоемах не должны превышать предельно допустимых. Сточные воды, сброшенные в водоемы, не должны создавать на их поверхности пленки нефтепродуктов, масел и других приме- сей, а также значительно повышать температуру воды. Для того чтобы сточные воды в наименьшей степени оказывали вред- ное влияние на водоемы, необходимо, чтобы они возможно быстрее переме- шались с водой водоема; выпускать сточную жидкость можно лишь на неко- тором расстоянии от берега. Лучшее смешивание сточной жидкости с водой водоема обеспечивают рассеивающие выпуски (через несколько патрубков на выпускной трубе), располагаемые в фарватере реки, где скорость течения наибольшая. По вы- соте выпуск должен быть размещен ниже горизонта талой воды. Чтобы вы- пускная труба и патрубки не повреждались проходящими судами, место вы- пуска ограждают сигнальными устройствами. Сточные воды спускают в водоемы возможно дальше по течению от мест водозабора и купания, спортивных или других комплексов. 3.13 Уменьшение загрязнения окружающей среды твердыми отходами Все, что производится человечеством для удовлетворения его потреб- ностей в виде продуктов питания, одежды, мебели, машин, т.е. все, что до- бывается, выпускается промышленностью и сельским хозяйством, строится, рано или поздно превращается в отходы. Часть этих отходов удаляется вме- сте со сточными водами, другая часть в виде газов, паров и пыли попадает в атмосферу, но большая часть выбрасывается в виде твердых отходов, поэто- му развитие безотходного производства (по замкнутому циклу), значительно сокращающего количество промышленных отходов, в частности твердых, является актуальной проблемой. Объем бытовых отходов в расчете на одного человека увеличивается 47 примерно на 3 - 5% в год и по некоторым оценкам, уже достигло критиче- ской массы. Состав ТБО постоянно усложняется, включая все больше эколо- гически опасных компонентов. Проблема твердых отходов обостряется тем, что многие изделия и ма- териалы почти не разлагаются в естественных условиях. Так, если для раз- ложения шерстяных изделий требуется 5 лет, то для полихлорвиниловых па- кетов - до 20 лет, металлических изделий - более 100 лет, стекла - 1 млн лет, а пластиковая тара практически не разлагается. Существует три способа решения проблемы твердых бытовых отходов: 1) захоронение; 2) уничтожение; 3) вторичная переработка. Удаление (вывоз) промышленных отходов, как правило, производится самими предприятиями в специальные места захоронения (иногда отвалы) или на общие свалки, куда вывозятся твердые бытовые отходы (мусор) из города. Сбор твердых бытовых отходов производится по мусоропроводам в мусороприемные камеры и далее в мусоровозы. При отсутствии мусоропро- водов мусор собирается в специальные контейнеры, затем перегружается на мусоровозы. В некоторых городах организован сбор мусора от населения непосредственно в мусоровозы, которые приезжают для этого в строго уста- новленное время («по звонку») . Однако все эти методы не совершенны и в ряде случаев не гигиеничны, так как мусороприемные камеры и контейнеры являются источником неприятных запахов и рассадником насекомых и гры- зунов. В последнее время в некоторых странах стали применять пневматиче- ский транспорт для удаления мусора из мусоропроводов по горизонтальным подземным каналам до станции, обслуживающей несколько зданий (микро- район). На этих станциях после прессования (для уменьшения объема) мусор перегружается в мусоровозы. Твердые отходы пока еще свозятся на так называемые неконтро- лируемые свалки - специально отведенные в пригородах отгороженные участки. Отходы на них разлагаются, иногда загораются, в результате проис- ходит загрязнение воздушной среды, иногда токсичными веществами, кото- рые могут попасть на свалки с промышленными отходами. Кроме того, вредные вещества из неконтролируемых свалок, например из пищевых отхо- дов, могут вымываться дождем, талыми и поверхностными, а в некоторых случаях грунтовыми водами и загрязнять водоемы и подземные воды. Переработка твердых отходов на компост является более совер- шенным, хотя и менее экономичным приемом их обезвреживания и исполь- 48 зования. С этой целью применяют полевое компостирование, кроме того, от- ходы перерабатывают на специальных заводах. Наиболее совершенным сей- час считается непрерывный процесс компостирования с аэробным окислени- ем органических отходов во вращающемся наклонном барабане. Выгруженный в приемный бункер мусор с помощью дозирующего бункера с пластинчатым питателем подается ровным слоем на транспортер, откуда магнитным сепаратором и вручную из него извлекают металлический лом. Частично освобожденная от металла масса поступает во вращающиеся барабаны (ферментеры), сделанные на основе обжиговых цементных печей. В них происходит процесс переработки мусора в органическое удобрение - компост. Барабан (диаметром 4м и длиной 60 м) заполняется массой на 2/3 объема (частота вращения его 1 - 1/3 об/мин). Для окисления специальным вентилятором подается воздух. Отходы находятся в барабане трое суток, за это время он делает до 2000 оборотов. Процесс происходит с выделением тепла, вследствие чего компостируемая масса обезвреживается, а бумажная масса и пищевые отходы измельчаются в частицы размером 1 - 2 мм. После дополнительной сепарации металла масса попадает на грохот для отделения некомпостируемых отходов: резины, кожи, текстиля, а также дерева, цветно- го металла и полимерных материалов, которые составляют 1/3 массы пере- рабатываемых отходов. Компостируемый материал из грохота поступает в измельчитель, раз- мер частиц доводится до 25 мм (стекла как наиболее хрупкого компонента - до 3 мм). В таком виде компост можно использовать в сельском хозяйстве. В нем (в расчете на сухое вещество) содержится около 1% азота и по 0,5% фосфора и калия, а также необходимые для подкормки растений микроэле- менты. Внесение компоста в почву улучшает ее структуру. Некомпостируе- мая часть отходов после удаления из нее ценных компонентов, в частности цветных металлов, отвозится на свалку. Сжигание твердых отходов является другим рациональным приемом их обезвреживания с использованием выделяющегося при этом тепла. Этот процесс происходит на мусоросжигательных станциях (заводах) (рисунок 24), имеющих паровые или водогрейные котлы со специальными топками. Температура в топке должна быть не менее- 1000°С, для того чтобы сгорали все дурнопахнущие примеси газов и не происходило бы зашлаковывания ко- лосников. Перед выходом в дымовую трубу газы необходимо очищать, например, с помощью электрических фильтров. Металлический лом отделя- ют от шлака электромагнитным сепаратором. 49 Рисунок 24 - Мусоросжигательная станция 1 - приемный бункер; 2 - загрузочная воронка топки; 3 - механическая колос- никовая решетка, на которой сгорают твердые бытовые отходы; 4 - ванна для охлаждения шлака; 5 - паровой котел, нагреваемый за счет сжигания отходов; 6 - дутье воздуха в топку; 7 - питательный насос дня подачи воды в котел; 8 - дымовая труба; 9 - электрофильтр для дымовых газов; 10 - дымосос; 11 - электромагнитный сепаратор; 12 - бункер шлака Тепло, полученное при сжигании твердых отходов, используется для выработки электрической энергии или теплоснабжения, при этом работа му- соросжигательных станций согласуется с работой электрических станций и районных котельных. Переработка отходов на компост и сжигание их с использованием по- лучающегося при этом тепла являются, по существу, завершением безотход- ного процесса. Сжиганием, компостированием и захоронением в высоконагружаемых полигонах можно обезвреживать твердые бытовые и многие промышленные отходы. Последние по санитарно-гигиеническим характеристикам и возмож- ности совместного обезвреживания с бытовыми отходами делятся на прак- тически инертные, биологически окисляемые легко разлагающиеся органи- ческие вещества, слаботоксичные , малорастворимые в воде (в том числе при взаимодействии с органическими кислотами), нефтемаслоподобные (не под- лежащие регенерации), токсичные со слабым загрязнением воздуха (превы- шение ПДК в 2 - 3 раза) и особо токсичные. Совместно с твердыми бытовы- ми отходами могут складироваться слаботоксичные отходы стеклоткани, липкой ленты, полиэтиленовых труб, гетинакса (слоистого пластика), тек- столита, асбестоцемента, карболита, твердые отходы суспензионного произ- водства сополимеров стирола с акрилонитрилом или метилметакрилатом, 50 эмульсионного производства актилонитрилбутадиенстирольных пластиков и суспензионного производства полистирольных пластиков, а также отходы, содержащие биологически окисляемые вещества (древесина, опилки, струж- ка, невозвратная деревянная и бумажная тара предприятий авиационной промышленности без промасленной бумаги и пр.). При совместном сжигании бытовых и промышленных отходов (в том числе илистых и пастообразных консистенциях) следует учитывать удель- ную теплоту сгорания, зольность, взрывоопасность, температуру воспламе- нения, плавления и другие показатели, причем в каждом случае рекоменду- ется составлять топливный план с указанием доз промышленных отходов и свойств отдельных компонентов. Кроме того, для промышленных отходов организуют специальные по- лигоны двух типов: для обезвреживания одного вида отходов захоронением или химическим способом и для централизованной переработки и обезвре- живания твердых, пастообразных и жидких отходов, которые недопустимо сбрасывать со сточными водами (комплексные). Особо вредные промыш- ленные отходы помещают в специальной таре на глубину 10 - 12 м в котло- ваны из водонепроницаемых грунтов или в железобетонные резервуары. Од- нако главным направлением в устранении вредного воздействия промыш- ленных отходов на окружающую среду является их использование в произ- водственных циклах, т.е. организация малоотходных производств. В последние годы в разных странах реализуется много новых предло- жений и исследований, направленных на использование твердых бытовых отходов. Это, прежде всего, переработка мусора пиролизом с образованием кокса, жидкого и газообразного топлива. Преимущество получения из отхо- дов топлива по сравнению с получением тепла при сжигании мусора состоит в возможности накопления топлива и его транспортировки. Во многих стра- нах организован раздельный сбор мусора, который вошел в привычку у жи- телей и освобождает органы государственного управления от необходимости нанимать специальных работников для сортировки отходов. На начальном этапе главным инструментом, побуждающим людей сортировать мусор са- мостоятельно, был штраф. Однако в дальнейшем все большую роль стало играть моральное воздействие. Наряду с этим для создания экономических стимулов широко применяется такой инструмент косвенного эколого- экономического регулирования, как система залоговых цен. Основными стимулами, побуждающими предпринимателей специали- зироваться на вторичной переработке отходов, являются кредитные и нало- 51 говые льготы, а также режим ускоренной амортизации основного капитала. Кроме того, применяются и инструменты прямого эколого-экономического регулирования в виде стандартов на производственные технологии. 3.14 Защита от шума Уменьшение шума в источниках его образования является наиболее эффективной мерой борьбы с ним, поэтому при проектировании и выборе станков, машин, установок (вентиляторов, компрессоров, насосов и т.д.) необходимо учитывать режим их работы и акустические характеристики. Так, значительно уменьшить шум можно использованием вентилятора с не- большой частотой вращения. Увеличение шума часто происходит от дефек- тов, возникающих при эксплуатации механического оборудования: наруше- ния балансировки вращающихся элементов, недопустимого износа деталей, плохой смазки и т.п. Рисунок 25 - Виброизолирующее основание для центробежного вентилятора 1 - центробежный вентилятор; 2 - рама; 3 - пружинный виброизолятор; 4 - фундамент Для уменьшения вибрации механическое оборудование устанавливают на фундаменты с амортизирующими прокладками. Вентиляторы и насосы, например, укрепляют на пружинных виброизоляторах (рисунок 25). Фунда- мент для стационарно установленного оборудования нужно располагать на грунте изолированно от строительных конструкций. Для тяжелого механиче- ского оборудования это требование обязательно. Механическое оборудова- ние присоединяют к коммуникациям с помощью гибких вставок. Если позволяют технологический процесс и условия эксплуатации - оборудование заключают в кожухи, покрытые изнутри звукопоглощающими материалами, например пенополиуретаном. Кожух устанавливают на рези- новых прокладках, не допуская соприкосновения его с оборудованием. Что- бы уменьшить вибрацию от привода оборудования, стенки кожуха покрыва- 52 ют вибродемпфирующим материалом. Кожухи со звукопоглощающими по- крытиями делают не только на стационарно установленном оборудовании, но и на передвижных установках и в транспорте. В автомобилях звукопо- глощающими материалами покрывают стенки, днище, багажник и место расположения двигателя. При этом шум уменьшается не только в салоне или в кабине водителя, но и в окружающей среде: именно эту функцию выполня- ет звукопоглощающее покрытие капота, применяющееся в некоторых кон- струкциях автомобилей. При проектировании промышленных предприятий и гражданских зда- ний оборудование, являющееся источником шума, размещают в изолирован- ных помещениях. Чтобы предотвратить отражение звука, потолок, стены и перекрытия покрывают звукопоглощающей облицовкой. Площадь облицов- ки определяют расчетом. Если полученная в результате расчета площадь не- достаточна для снижения уровня звукового давления, а также вместо обли- цовки потолка и над отдельными источниками устраивают штучные звуко- поглотители или устанавливают экраны между источником шума и защища- емым местом. Часто воздушный шум аэродинамического происхождения возникает при движении воздуха через вытяжные и особенно приточные отверстия в системах вентиляции и кондиционирования. Для его устранения уменьшают скорость потока воздуха и удаляют препятствия, например решетки, на его пути. Кроме того, на приточных отверстиях устанавливают конические па- трубки, которые создают высокое сопротивление проходящему воздуху, спо- собствуя его правильному распределению. Для уменьшения распространения шума до вентиляционных камер и кондиционеров и после них по ходу дви- жения воздуха устанавливают глушители (рисунок 26) из звукопоглощающе- го материала, например мягких матов или полужестких плит из стеклово- локна, которые закладывают за перфорированные металлические листы. При этом важно, чтобы гидравлическое сопротивление глушителя было мини- мальным. Подобные глушители устанавливают не только у вентиляционных установок, но и у газодинамических установок, например компрессоров (ри- сунок 27). 53 Рисунок 26 - Схемы конструкций глушителей для вентиляционных установок а - пластинчатый с крайними пластинами; б - пластинчатый без крайних пла- стин; в - трубчатый прямоугольного сечения; г - трубчатый круглого сечения; д - ка- мерный; 1 - кожух глушителя; 2 - звукопоглощающая пластина; 3 - каналы для воз- духа; 4 - звукопоглощающая облицовка; 5 - внутренняя перегородка Для снижения шума в жилых домах, возникающего при работе систем водоснабжения, следует применять ограничители давления, которые од- новременно способствуют уменьшению избыточного расхода воды, а также совершенную водоразборную арматуру. Например, шум, возникающий при наполнении ванны водой, может быть снижен, если отверстия кранов обору- довать спускающейся до дна резиновой трубкой или эластичными наконеч- никами. Водопроводные трубы следует крепить к капитальным стенам хому- тиками с резиновой прокладкой. 54 Рисунок 27 - Схема вертикального трубчатого глушителя на выхлопе компрессорных и мелких газодинамических установок 1 - зонт; 2 - звукопоглотитель; 3 - перфорированный лист; 4 - секции глуши- теля; 5 - цоколь; D1 - внутренний диаметр глушителя; D2 - внешний диаметр глуши- теля; D3 - диаметр подводящего воздуховода; l - длина секции. Постоянным источником шума в жилых домах являются лифтовые установки. Снижение шума от них достигается применением раздвижных дверей с амортизирующими прокладками, виброизоляцией механизмов, тща- тельной регулировкой отдельных узлов и механизмов, например путем цен- трирования и сбалансирования вращающихся деталей лебедки и электродви- гателя. Основным источником внешнего шума в городах и других населенных пунктах являются транспортные потоки на улицах и дорогах, желез- нодорожные поезда, воздушный транспорт, поэтому звукоизоляция ограж- дающих конструкций имеет особое значение. Мероприятиями, позволяющи- ми снизить проникновение шума в здания, являются: уменьшение поверхно- сти остекления зданий, герметизация окон, надежное закрепление стекол в рамах, применение тройного остекления, устройство остекления в раздель- ных переплетах вместо спаренных, увеличение расстояния между стеклами и 55 их толщины. Во входах в здания устраивают двойные двери с тамбуром, сте- ны которого облицовывают звукопоглощающими материалами. Через наружные и внутренние стены, перегородки и перекрытия про- никает шум не только с улицы, но и из одного помещения в другое. Сниже- ние массы этих конструкций уменьшает их звукоизолирующие свойства, по- этому облегченные конструкции следует покрывать слоями звукопоглоща- ющих материалов. При этом необходимо герметизировать наружные и внут- ренние стыки между панелями. Большое значение для уменьшения шума от транспортных потоков в городах имеет ширина улиц. Так, при ее увеличении с 20 до 40 м общий уро- вень уличного шума при прочих равных условиях снижается на 4 - 6 дБ. При сплошной застройке улицы шум увеличивается в результате отражения звука от зданий, при свободной планировке, при которой дома расположены на большом расстоянии друг от друга или обращены к улице торцевыми сторо- нами, шум уменьшается. Зеленые насаждения снижают уровень уличного шума в летнее время на 8 - 10 дБ благодаря поглощению звуковой энергии листвой, поэтому дома следует располагать с отступом от тротуаров на 15 - 20 м и озеленять эту часть территории кустарником и деревьями. Эти мероприятия особенно важ- ны на магистралях с интенсивным движением транспорта. Шум, создаваемый транспортом, зависит от качества дорожных по- крытий. Различные транспортные развязки, пересечения улиц в двух уров- нях, подземные и надземные пешеходные переходы, позволяющие транспор- ту ехать без остановки, способствуют снижению шума. Дефекты в дорожном покрытии, плохо установленные металлические крышки и основания для них на водопроводных, канализационных, телефонных и теплофикационных лю- ках являются причиной дополнительных шумовых ударов, особенно при проезде порожних автомашин. Часто в черте города проходят железнодорожные линии. В этом случае ширина санитарно-защитных зон от жилых зданий до продольной оси бли- жайшего пути железной дороги должна быть не менее 200 м. а в районе мо- стов - 300 м. В борьбе с транспортным шумом используют не только инженерно- технические решения, но и организационные меры: запрещение звуковых сигналов, полетов над городом воздушных транспортных средств, ограниче- ние движения, взлетов и посадок самолетов на аэродромах, расположенных вблизи населенных мест, в ночное время и др. 56 4 Защита воздушной и водной среды от выбросов тепловых элек- тростанций 4.1 Выбросы в атмосферу тепловых электростанций и их влияние на окружающую среду Более детально рассмотрим вопросы, связанные с защитой окружаю- щей среды от воздействия тепловых электростанций. Энергетическое произ- водство, потребляя огромное количество минерального топлива и кислорода воздуха для его окисления, выдает продукцию в виде электрической и тепло- вой энергии, а газообразные и твердые продукты сгорания являются его от- ходами. При этом только часть твердых отходов - некоторая доля золы и шлака - используется в народном хозяйстве. Примерно 40% тепловой энер- гии, выделившейся при сгорании топлива, преобразуется в электрическую, а остальная ее часть передается в окружающую среду с водой, охлаждающей конденсаторы паровых турбин, и с продуктами сгорания. Защита атмосферы от выбросов энергетического производства имеет место при внедрении ядерной энергетики при безусловном обеспечении ра- диационной безопасности АЭС. При производстве электрической и тепловой энергии на базе ядерного горючего материальный обмен с окружающей сре- дой неизмеримо меньше и носит качественно иной характер. Энергетический же обмен на 1 кВт-ч выработанной электроэнергии больше, чем на ТЭС, вследствие более низкого термического КПД цикла на насыщенном паре. Значительная часть выработанной электроэнергии в процессе передачи и потребления также превращается в теплоту, которая рассеивается в окру- жающей среде. Для энергетического производства характерно наличие различных за- грязненных стоков, связанных с процессами водоподготовки, консервации и промывки оборудования, гидротранспорта золошлаковых материалов и т. п. Однако в этой области принципиально возможно создание замкнутых и бес- сточных систем. Указанные особенности энергетического производства создают значи- тельные трудности при защите окружающей среды от его неблагоприятных воздействий. Остановимся на отдельных аспектах защиты воздушного и водного бассейнов от выбросов ТЭС. Выброс окислов азота энергетическими и транспортными установками нежелателен, так как даже при малых концентрациях они раздражающе дей- ствуют на органы дыхания, приводят к коррозии оборудования, к образова- 57 нию удушливых смогов. Чем выше температура в камере сгорания и больше свободного кислорода, тем интенсивнее образование окислов азота NО и NO2. В связи с этим основным направлением борьбы с появлением окислов азота в дымовых газах электростанций является «подавление» окислов азота в топках путем организации топочных режимов, исключающих или умень- шающих их образование. В энергетических топливах содержится сера, особенно много ее в ка- менных углях и мазутах, при сжигании которых образуются вредные для жи- вых организмов и растительности окислы серы. Окислы серы ускоряют коррозию оборудования, вредно сказываются на жизнедеятельности растений, особенно хвойных деревьев, приводят к подсыханию опаданию хвои. Теплота, полученная при сжигании топлива, так или иначе поступает в окружающую среду. Если сравнить ее количество с получаемым земной по- верхностью в результате солнечной радиации, то оно составит немногим бо- лее 0,01%, что дает повышение температуры Земли примерно на 0,01 0С и не вызывает опасности перегрева планеты. И все же не следует забывать, что локальные воздействия на природу, особенно в густонаселенных промыш- ленных районах, весьма значительны, и меры по их уменьшению необходимо принимать незамедлительно. 4.2 Защита атмосферы от вредных выбросов ТЭС Проблема защиты атмосферы от вредных выбросов тепловых электро- станций решается в следующих направлениях: - внедрение передовых технологий сжигания топлива; - предварительная очистка топлива от вредных примесей - золы и се- ры; - организация топочных режимов, уменьшающих образование вред- ных составляющих; - очистка дымовых газов от золы, окислов серы и азота; - рассеивание дымовых газов через высокие трубы; - комплексное энерготехнологическое использование топлива, обеспе- чивающее уменьшение вредных выбросов. Практическая реализация перечисленных направлений зачастую связа- на с большими трудностями технического и экономического характера. Облагораживание топлива, т. е. предварительное удаление из него серы и золы, приводит к резкому его удорожанию. Так, например, снижение сер- нистости мазута на нефтеперерабатывающих заводах с 2,5 до 0,5% удорожа- 58 ет его вдвое. При сжигании топлива около 99 % содержащейся в нем серы переходит в дымовые газы в форме S02 и менее 1% в форме S03. В зависи- мости от содержания серы в топливе и теплоты его сгорания концентрация окислов серы в 1 м3 дымовых газов, приведенном к нормальным условиям (давлению 760 мм рт. ст. и температуре 0°С), составляет 1 - 5 г/м3. Кроме окислов серы вредной газообразной примесью, выбрасываемой с дымовыми газами тепловых электростанций и определяющей в значитель- ной мере загрязнение воздушного бассейна, являются окислы азота. Окислы азота образуются при окислении азота топлива и азота воздуха в зоне высоких температур при сжигании всех видов органического топлива. На образование окислов азота в топке котла влияют прежде всего тем- пературный уровень и концентрация кислорода в зоне горения факела, а так- же вид топлива. Влияние таких факторов, как паропроизводительность котла, тип горелочных устройств и топочной камеры, тепловое напряжение топоч- ного объема, избыток воздуха в топке и способ его подачи, наличие рецирку- ляции и других, проявляется в той мере, в какой они сказываются на темпе- ратуре горения. Концентрация окислов азота быстро возрастает с увеличением темпе- ратуры и достигает существенных значений при температуре более 1750°С. В топочной камере образуется в основном окись азота NО, которая и выбрасывается с дымовыми газами в атмосферу, где довольно быстро до- окисляется до двуокиси азота NO2, представляющей собой бурый ядовитый газ с характерным запахом. Назовем некоторые основные способы снижения концентрации окис- лов азота: - сжигание топлива в камерах сгорания газовых турбин при темпера- туре до 1500°С; - уменьшение избытка воздуха, подаваемого в топку (практически ре- ализуется при сжигании газа и мазута); - некоторое понижение температуры подогрева воздуха; - снижение теплового напряжения в топочной камере путем увеличе- ния ее объема и применения двухсветных экранов; - рациональный выбор горелочных устройств и их расположения; - применение многоступенчатого сжигания, когда в нижние горелки подается обедненная, а в верхние - обогащенная воздухом топливо- воздушная смесь, что позволяет понизить температуру в основной (нижней) зоне горения и дожигать горючие вещества в верхней зоне; 59 - рециркуляция дымовых газов в топочную камеру (возврат в топку части дымовых газов, отбираемых обычно после водяного экономайзера при температуре 300 - 400°С), которая уменьшает температуру горения, снижает концентрацию кислорода и скорость горения. В нашей стране действует положение об учете суммарного действия окислов серы и азота при одновременном присутствии их в воздухе. С уче- том этого обстоятельства требуется разбавлять дымовые газы воздухом в 10 000 - 25 000 раз, что достигается путем рассеивания их в атмосфере с по- мощью высоких дымовых труб (250 – 360 м) Все тепловые электростанции на твердом топливе оборудуются золо- улавливающими установками. В настоящее время созданы золоуловители с эффективностью золоулавливания (КПД), равной 98 - 99%. Основные типы используемых золоуловителей можно выделить в следующие группы: - электрофильтры (КПД 98 - 99%); - сухие инерционные золоуловители - циклоны и батарейные циклоны (КПД 85 - 90%); - мокрые золоуловители (КПД 90 - 95%); - комбинированные золоуловители - сочетание золоуловителей второй и третьей групп с электрофильтрами (КПД 98 - 99%). Несколько более подробно остановимся на парогазовых установках, которые снижают выбросы окислов азота в 5 - 6 раз больше по отношению к котлам и одновременно обеспечивают преобразование до 60 % тепловой энергии, выделившейся при сжигании топлива в электрическую (по конден- сационному циклу). По сравнению с паросиловыми парогазовые установки (ПГУ) позволя- ют значительно снизить потребление топлива и повысить КПД до 70-80 % при выработке электрической и тепловой энергии на ТЭЦ. В состав ПГУ входит энергоэффективное оборудование: газотурбинная установка, котёл- утилизатор, паровая турбина. На рисунке 28 показана принципиальная схема ПГУ. 60 Рисунок 28 - Принципиальная схема ПГУ ГТ - газовая турбина, ЦВД - цилиндр высокого давления, ЦНД - цилиндр низкого давления, КС - камера сгорания, ГТУ - газотурбинная установка. ПГУ могут производить электрическую энергию и тепловую энергию. ПГУ состоит из двух отдельных блоков: паросилового и газотурбинного, в составе каждого из которых имеется свой генератор. На одном валу с газовой турбиной находится первый генератор, который вырабатывает электрический ток. Перед тем как газ поступит в газовую турбину, надо повысить его давле- ние примерно в 2,8 раза, то есть до 2,5-3,0 МПа (давление в городской сети 1,2 МПа). Это делается с помощью дожимного газового компрессора. Температура продуктов сгорания на входе в газовую турбину обычно составляет 1100-1500 °С. Энергоэффективность установки растёт с увеличе- нием этой температуры. Проходя через газовую турбину, продукты сгорания отдают ей лишь часть своей энергии и на выходе из турбины все ещё имеют высокую темпе- ратуру. Далее продукты сгорания попадают в котёл-утилизатор, где образу- ется водяной пар. Температуры продуктов сгорания достаточно для того, чтобы довести пар до состояния, необходимого для вращения паровой тур- бины. Пар поступает в паровую турбину, с которой механически связан вто- рой генератор. Газотурбинная установка (ГТУ). 61 На валу газовой турбины находятся компрессор и электрогенератор. Газовая турбина и компрессор - в общем кожухе ГТУ. Там же находится и камера сгорания. На рисунке 29 представлена ГТУ в разрезе. КПД современ- ных ГТУ достигает 40%. Рисунок 29 – ГТУ в разрезе при наличии электрогенератора. Выбросы окислов азота генерируются в камере сгорания ГТУ, в кото- рой осуществляется сжигание топлива при температуре до 1500°С, что спо- собствует минимизации образования окислов азота. Кроме того, в камере сгорания поддерживается избыток воздуха от 3,5 до 5, что способствует раз- бавлению продуктов сгорания и ведет к снижению выбросов окислов азота. Котёл-утилизатор Котёл-утилизатор (КУ) выполняет роль утилизатора теплоты выхлоп- ных газов энергетической ГТУ. В зависимости от назначения ПГУ в КУ может генерироваться пар или подогреваться вода. Как правило, в КУ сжигание топлива не производится. В качестве гре- ющей среды в нём используется тепло выхлопных газов ГТУ. По конструктивному исполнению КУ могут быть нескольких типов: - горизонтальные или вертикальные. Последние выполняют подвес- ными или самоопорными; - с естественной или принудительной циркуляцией и прямоточные. 62 КУ могут оснащаться дожигающими устройствами, в которых в среде выхлопных газов ГТУ дополнительно сжигается топливо. Это приводит к по- вышению температуры газов перед поверхностями нагрева КУ и повышает его паропроизводительность. Поверхности нагрева КУ делают из стальных труб с наружным оребре- нием. Спирально-ленточное оребрение труб выполняют в заводских условиях на специальных установках с использованием токов высокой частоты. Это позволяет приваривать к трубам ленту различной толщины, конфигурации и размера. Оребрение повышает эффективность теплообмена, что позволяет уменьшить габариты по сравнению с гладкотрубными поверхностями нагрева в среднем в 1,5 раза. На рисунке 30 показан в разрезе КУ вертикальной ком- поновки с дожигающим устройством. Как правило, КУ изготавливают из блоков высокой заводской готовно- сти. Это обеспечивает: - повышение качества монтажных работ и сокращение их продолжи- тельности; - благоприятные условия для транспортировки, так как ширина модуля КУ обычно составляет 3-4 м при длине не более 15 м. Рисунок 30 – КУ вертикальной компоновки с дожигающим устройством 63 Паровые турбины для блоков ПГУ Тепловые схемы паротурбинных установок блоков ПГУ ТЭЦ отличает относительная простота в связи с отсутствием регенерации. На рисунке 31 приведён разрез паровой турбины типа Т-63/76-8.8. Турбина имеет два ото- пительных отбора. Она представляет собой одноцилиндровый агрегат, име- ющий двухкорпусную конструкцию цилиндра с петлевой схемой движения пара в цилиндре. Внутренний корпус цилиндра выполнен литым, а наружный - сварным. Подобная конструкция позволяет улучшить маневренность турби- ны благодаря сокращению времени её прогрева, что повышает маневренность ПГУ в целом. Это очень важно с учётом высокой маневренности ГТУ. Обес- печивая около 30 % выработки электроэнергии в Республике Беларусь, ПГУ играют ключевую роль в снижении расходов топлива в энергосистеме и сни- жении выбросов окислов азота. Кроме того. ПГУ потребляют на 50-60% меньше охлаждающей воды на единицу мощности, чем традиционные электростанции, что также обеспечи- вает существенную экономию и снижает нагрузку на окружающую среду. Рисунок 31 – Разрез паровой турбины типа Т-63/76-8,8. 4.3 Защита водного бассейна от выбросов ТЭС В настоящее время проблема рационального использования и охраны водных ресурсов приобрела особую актуальность в связи с ухудшением ка- чества воды, вызванным сбросом промышленных и бытовых сточных вод в естественные водоемы. Теплоэнергетика - один из крупнейших в народном хозяйстве потреби- телей воды для технологических нужд, на ее долю приходится до 40% вало- вого потребления воды в стране. К сточным водам тепловых электрических станций относятся охла- ждающие воды (после охлаждения конденсаторов турбин, масло- и воздухо- 64 охладителей и пр.); сбросные воды из систем гидрозолоудаления; сточные воды водоподготовительных установок и конденсатоочисток; отработавшие растворы после химической очистки теплосилового оборудования и его кон- сервации; нефтезагрязненные воды; растворы от обмывок поверхностей нагрева котлов, работающих на мазуте. Количество этих стоков и их состав весьма различны и зависят- от мощности ТЭС, вида используемого топлива, принятого способа водоподготовки, системы золоудаления и других факто- ров. Возможны два пути уменьшения загрязнения природных водоемов сточными водами ТЭС: глубокая очистка всех стоков до предельно допусти- мых концентраций или организация систем повторного использования сто- ков. Первый путь малоперопективен, так как связан с большими затратами на сооружение и эксплуатацию соответствующих установок. Более предпочти- тельно создание оборотных систем с многократным использованием воды. При этом очистка стоков до ПДК уже не обязательна, достаточно довести их качество до уровня, требуемого технологическим процессом, в котором они снова будут использоваться. Второй путь ведет к резкому сокращению коли- чества воды, забираемой тепловой электростанцией из водоисточников, и со- здает основы для разработки бессточных схем. Оценим масштабы стоков тепловых электростанций, пути их снижения и обезвреживания. Количество охлаждающей воды на ТЭС определяется в основном ко- личеством пара, поступающего в конденсаторы турбин; оно наибольшее на конденсационных электростанциях. На КЭС расход охлаждающей воды на 1 кВт ч выработанной электроэнергии составляет 100 - 130 кг, на АЭС oн еще больше – 170 - 200 кг. Отвод теплоты при нагреве воды на 8 - 10 °С составля- ет на КЭС около 4,3 кДж/(кВт ч), а на АЭС - 7,3 кДж/(кВт-ч). Таким образом, с охлаждающей водой в водоемы сбрасывается огромное количество тепло- ты, что создает так называемое «тепловое загрязнение». Водоемы представляют собой сложные экологические системы, в кото- рых существуют сообщества животных и растений, и, чтобы не наносить ущерба условиям их жизни, санитарными нормами регламентируется повы- шение собственной температуры водоема тепловыми сбросами не более чем на 5°С зимой и 3°С летом. Основной способ снижения сброса подогретой воды в водоемы - ис- пользование оборотных систем водоснабжения с градирнями. В этом случае не создается теплового загрязнения водоемов, а количество забираемой из них свежей воды намного меньше, чем в системах с водохранилищами- 65 охладителями и тем более в прямоточных системах, так как необходимо лишь восполнение потерь при испарении. К достоинствам градирен относит- ся также относительно небольшая, по сравнению с водохранилищами, зани- маемая ими площадь. Одним из существенных недостатков подготовки воды на ТЭС метода- ми осаждения и обессоливания с помощью ионного обмена является боль- шой расход реагентов на очистку воды. Сточные воды водоподготовитель- ных установок могут иметь кислую или щелочную реакцию, а также содер- жат много грубодисперсных примесей и солей, поэтому непосредственный сброс их в водоемы недопустим. Очистка таких вод должна сводиться к их нейтрализации, удалению основной части солей и грубодисперсных приме- сей в соответствии с санитарными нормами, регламентирующими сбросы сточных вод в водоемы. Для уменьшения сброса сточных вод водоподгото- вительных установок требуется создание методов и схем подготовки воды на ТЭС, позволяющих уменьшить количество потребляемых реагентов, а также разработка эффективных способов регенерации реагентов из сточных вод. В отношении уменьшения расхода реагентов перспективны методы не- прерывного ионирования, электрокоагуляции, мембранные методы (обрат- ный осмос и электродиализ) и термический способ обессоливания воды. Электрокоагуляция основана на явлении электролиза растворов при прохож- дении через них электрического тока, а мембранные методы - на переносе примесей или растворителей через мембраны. Основная задача очистки сточных вод химических промывок и консер- вации оборудования состоит в разрушении образовавшихся при промывках комплексов металлов с реагентами с последующим выделением металлов в осадок и в разрушении органических соединений. После проведения этих операций осветленная вода может быть сброшена в водоем. Загрязненные нефтепродуктами (далее для краткости называемые маслом) воды очищаются путем отстаивания, флотации и фильтрования (рисунок 32). Основная часть масла находится в сточной воде в виде отдельных мелких частиц сфериче- ской формы, которую они приобретают под действием сил поверхностного натяжения. Масло отстаивается в нефтеловушке, состоящей из приемной и отстойной камер и двух полупогружных перегородок. Сточная вода подается в приемную камеру, проходит под первой полупогружной перегородкой и поступает в отстойную камеру, где происходит разделение воды и масла. Ча- стицы масла всплывают на поверхность воды, и образующаяся масляная пленка удаляется специальным устройством. Очищенная вода проходит под 66 второй полупогружной перегородкой и выводится из нефтеловушки. Флотация капель масла из сточной воды основана на их способности образовывать комплексы «частица масла - пузырек воздуха» с последующим выделением этих комплексов из воды. Рисунок 32 - Схема очистки вод, загрязненных мазутом и маслом. 1 - подача загрязненной воды; 2 - нефтеловушка; 3 - приемная камера неф- теловушки; 4 - отстойная камера нефтеловушки; 5 - полупогружные перегородки; 6 - подвод воздуха; 7 - насос; 8 - флотатор; 9 - фильтр; 10 - бак очищенной воды; 11 - бак сбора мазута и масел; 12 - дрёнаж нефтеловушки. Воздух подается в трубопровод перед насосом, растворяется в воде, а затем дисперсная система «пузырьки - вода» поступает во флотатор, где и происходит флотационный процесс. Из флотатора образующийся слой пены удаляется в бак сброса мазута и масел, а вода подается насосом на фильтры и далее в резервуар очищенной воды, после чего может быть повторно ис- пользована в системе технического водоснабжения станции (что предпочти- тельнее) либо сброшена в водоем. Удаленные из воды нефтепродукты смы- ваются в бак сбора мазута и масел и направляются на сжигание. Сточные воды после обмывки поверхностей нагрева котлов (обмывоч- ные воды) имеют кислую реакцию и содержат грубодисперсные примеси (окислы железа, нерастворяющуюся часть золы, продукты недожога и пр.) и примеси в истинно растворенном состоянии. Эти воды нейтрализуются ще- лочными растворами, отстаиваются, шлам обезвоживается на пресс- фильтрах, расфасовывается и складируется. Очищенная вода может быть по- вторно использована для обмывки оборудования. Рассмотренные примеры показывают основное направление решения проблемы охраны водного бассейна - выделение, переработка и использова- ние загрязняющих воду продуктов; повторное многократное использование воды. 4.4 Системы контроля выбросов в атмосферу Современные блоки комплектуются автоматизированной системой контроля выбросов (АСК). Рассмотрим ее принципиальное устройство на 67 примере АСК для блока ПГУ-230. АСК служит для непрерывных измерений с известной погрешностью концентраций и выбросов загрязняющих веществ и парниковых газов в атмо- сферный воздух и обеспечивает получение информации о фактических вели- чинах выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух (О2, СО2, СО, NО и СН4). Структурная схема АСК показана на рисунке 33 АСК предназначена для выполнения следующих задач: - контроля за соблюдением нормативов допустимых выбросов загряз- няющих веществ; - оценки эффективности мероприятий по снижению вредного воздей- ствия загрязняющих веществ на состояние атмосферного воздуха; - учета выбросов загрязняющих веществ по результатам непрерывных измерений, подготовки отчетности. АСК состоит из: - газоаналитической системы на базе газоанализаторов (Ultramat 23); - средств измерения расхода топлива (система «Поток»); - средств сбора, обработки, хранения и передачи информации (кон- троллеры Siemens серии S7-300); - средств регистрации и отображения результатов измерений; - вспомогательного оборудования. Рисунок 33 - Структурная схема АСК. Использование АСК позволяет в режиме реального времени видеть си- туацию с выбросами на объекте, на основе материалов архивации анализиро- вать режим работы объекта, использовать данные о суммарных расходах вы- бросов для коммерческих расчетов. 5 Взаимодействие экономики и окружающей среды Взаимодействие между экономической сферой общества и окружаю- щей средой можно представить в следующем виде. 68 Поток ресурсов, поступающий в экономику из окружающей среды, должен быть равен потоку отходов, возвращающихся в окружающую среду в результате экономической деятельности человека. Поскольку часть отходов подвергается вторичной переработке и благодаря этому вновь поступает в производственное и личное потребление, в окружающую среду попадает только та часть отходов, которая не была переработана. Значение вторичной переработки отходов заключается в том, что она позволяет экономить первичные ресурсы и предотвращать загрязнение окру- жающей среды, не препятствуя экономическому развитию. Однако в ходе преобразования веществ и сил природы часть энергии безвозвратно утрачи- вается. Поэтому возможности вторичной переработки ограничены. Обозначим объем производственных ресурсов (минерально-сырьевые, водные, земельные, лесные, биологические, рекреационные и др.) как Rp, а объем ресурсов, непосредственно используемых для потребления (водоемы и лес для рекреационных целей, рыбные ресурсы как объект спортивной ловли и т. п.) - как Rc. Суммарный поток ресурсов трансформируется в выпуск про- дукции Q, первичные отходы всех сфер экономики ΣWi и сумму перерабо- танных отходов Σri. Тогда получаем следующее уравнение: Rp + Rc = Q + ΣWi - Σri Это и есть основное уравнение материального баланса между экономи- ческой системой и окружающей средой. Важнейшим требованием современности является минимизация оста- точных отходов ΣWi - Σri) ⇒ min. Для этого, в свою очередь, необходимо свести к минимуму потребление первичных ресурсов, то есть выполнить условие (Rp + Rc) ⇒ min. Добиться этого можно двумя путями: 1) Q + ΣWi - Σri⇒ min. 2) Q/ Rp + Rc⇒ max. В первом случае требуется сокращение объема выпускаемой продук- ции и объема суммарных первичных отходов при одновременном увеличе- нии объема перерабатываемых отходов. Иными словами, речь идет о сокра- щении производства, пересмотре господствующей модели потребления, об отказе от традиционных представлений об экономическом росте и благосо- стоянии. Во втором случае достигнутые уровни производства и потребления сохраняются только при условии сокращения объема экономического ис- 69 пользования первичных ресурсов. Это, в свою очередь, требует экологиза- ции производства и потребления, а также организации вторичной переработ- ки отходов. Именно такая модель взаимодействия между экономической си- стемой и окружающей средой характерна для стран с высоким уровнем эко- номического развития. Существует множество моделей материальных потоков между эконо- мической системой и окружающей средой. Одной из них является модель американских экономистов- экологов Д. Пирса и К. Тёрнера (рисунок 34), ко- торая наглядно показывает необходимость сохранения запасов природных ресурсов ради благополучия будущих поколений. Рисунок 34 - Взаимодействие экономики и окружающей среды с уче- том основных материальных потоков Модель показывает обратные связи в эколого-экономической системе, при этом АСЕ - ассимиляционный потенциал окружающей природной среды, W - остаточные отходы. Окружающая среда является источником природных ресурсов и экологических благ, а также служит для размещения и поглоще- ния отходов производства и потребления. Природные ресурсы могут исполь- зоваться для производственных целей или непосредственно поступать в по- требление. На всех стадиях использования ресурсов образуются отходы. Та их часть, которая подвергается вторичной переработке, возвращается в про- изводство, а оставшаяся часть поступает в окружающую среду. Если ассимиляционный потенциал окружающей природной среды пре- вышает объем остаточных отходов (АСЕ > W), то качество окружающей сре- 70 ды не ухудшается. В противоположной ситуации (АСЕ < W) качество окру- жающей среды ухудшается, а значит, ослабляется ее способность снабжать ресурсами производство и потребление. Как указывалось выше, природные ресурсы, делятся на возобновимые и невозобновимые. Для устойчивости воспроизводства возобновимых ресур- сов необходимо, чтобы объем их добычи не превышал ежегодно возобновля- емого запаса. Если это условие не соблюдается, то ресурсов становится все меньше, а это означает, что будущие поколения не смогут удовлетворять свои потребности в полном объеме. В отношении невозобновимых природных ресурсов для устойчивого развития требуется, чтобы добыча не превышала существующего запаса раз- веданных месторождений. 6 Экологический мониторинг Для выяснения степени загрязнения окружающей среды и других нега- тивных антропогенных воздействий необходим контроль состояния окружа- ющей среды. Одной из основных форм такого контроля является экологиче- ский мониторинг - постоянно действующая система наблюдения за за- грязнением окружающей среды. Основной задачей экологического мониторинга является обеспечение органов экологической политики достоверной информацией, необходимой для принятия соответствующих мер регулирования. Поэтому он предполага- ет наблюдение за источниками загрязнения, за состоянием экологических си- стем и природных ресурсов, а также оценку фактического качества окружа- ющей среды и прогноз будущих изменений. Экологический мониторинг включает следующие направления: - мониторинг атмосферного воздуха; - мониторинг гидросферы. То есть системы поверхностных и подзем- ных вод; - мониторинг земель; - радиационный мониторинг. В рамках мониторинга атмосферного воздуха производится отбор проб на основные (пыль, двуокись серы, окислы азота, окись углерода) и специфические загрязняющие вещества (перечень которых устанавливается для каждой местности в отдельности). Мониторинг гидросферы проводится по гидрохимическим и гидробио- логическим показателям в соответствии с установленными стандартами. Мониторинг земель включает наблюдения за загрязнением почв пести- 71 цидами и токсичными промышленными отходами, в том числе тяжелыми металлами. Радиационный мониторинг позволяет контролировать уровень загряз- нения радионуклидами атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, а также почвы. Информация, полученная национальными системами наблюдения и контроля, служит основой для координации экологической политики в гло- бальном масштабе. В будущем предполагается создать Глобальную систему мониторинга окружающей среды под эгидой ООН. В современных условиях важным элементом контроля загрязнения окружающей среды на уровне субъектов экономики является экологический аудит. Он представляет собой независимую проверку, направленную на сбор информации о загрязнении окружающей среды и ее оценку с точки зрения экологических стандартов. Целью экологического аудита является определе- ние способов и путей экологизации производства. 7 Альтернативная энергетика В мире в настоящее время быстро развивается альтернативная энерге- тика. Прежде всего солнечная и ветровая. Сейчас мощность всех установок с использованием энергии солнца, ветра и других источников достигла 600 ГВт. Это в три раза больше мощности всей энергосистемы России. За по- следние пять лет прирост солнечных фотопреобразователей достиг 55 %, ветроустановок (ВЭУ) - 20 %. К примеру, в Дании ВЭУ генерируют 33 % всей энергии. В настоящее время доля возобновляемых источников энергии в миро- вом энергопотреблении составляет уже 19 %. Лидером является Китай, где с использованием возобновляемых источников энергии генерируется 118 ГВт, за ним следуют США - 93 ГВт и Германия - 78 ГВт. Европа и США намере- ны к 2040 году довести долю альтернативной энергетики до 40 %. Однако если обычные электростанции не зависят от климата и погоды, то работа энергообъектов возобновляемой энергетики связана с природными условиями местности, где они установлены. Скажем, в ряде районов Дании, где сильный ветер дует стабильно, или в Техасе, где очень большое количе- ство солнечных дней, использование альтернативной энергии вполне рента- бельно. Более детально остановимся на составляющих альтернативной энерге- тики. 72 7.1 Солнечная энергетика В 2014 году мощность солнечной энергетики в мире выросла с 138 до 185 ГВт. С учетом того, что общая мощность мировой энергетики - около 6000 ГВт, доля солнечных электростанций (СЭС) уже превысила 3 %. В 2010 году суммарная мощность СЭС составляла всего 70 ГВт. За несколько лет ге- лиоэнергетика выросла более чем в 2,5 раза. Быстрое технологическое совершенствование солнечных батарей сни- зило их стоимость в пять раз за пять лет, при этом КПД лучших массовых образцов увеличился с 15 до 20 %. В США, например, цена киловатт-часа упала с 32,3 цента в 2009 году до всего 7,2 цента в 2014-м. Солнечные киловатты стали дешевле тех, что производятся на угольных электростанциях, до сей поры считавшихся ос- новным сектором американской энергетики. В первой половине 2014 года полмиллиона домовладельцев и коммер- ческих потребителей в США установили у себя солнечные батареи. Впервые в истории этой страны солнечных мощностей было введено больше, чем всех остальных вместе взятых (53 %). Считается, что к 2020 году стоимость солнечной энергии сократится еще на 25 %, что сделает солнечную энергию дешевле газовой. Несмотря на- резкий рост солнечной энергетики, в ближайшее десятилетие это не вызовет резкого обрушения цен на углеводороды. Пик ее выработки по- прежнему приходится на летний полдень, в то время как пик энергопотребления - на зимний вечер. А значит, до создания крупных накопительных мощностей солнечная генерация не сможет превысить 20 % от среднегодовой генерации энергосистемы. Тем не менее, по данным немецкого Института Фраунгофера, за 11 месяцев в 2014 года в Германии объем выработки электроэнергии с ис- пользованием газа составил всего 29 млрд кВт-ч (на 18 % меньше, чем в 2013-м), а вот объем солнечной генерации достиг 32,5 млрд кВт-ч (на 7 % больше). 73 Рисунок 35 – Солнечная батарея на кровле здания 7.2 Ветроэнергетика В 1995 году суммарная мощность ветроэнергетического сектора в ми- ровом энергетическом балансе составляла всего лишь 4800 МВт, в 2005-м - 59 000 МВт, в 2009-м - 159 740 МВт. В 2010 году этот показатель составил 197 000 МВт, что на 20 % больше, чем в 2009-м. В последующем эта динами- ка замедлилась. Так, в 2013 году среднегодовой темп роста остановился на уровне 12 %, а в 2014-м поднялся всего до 13,5 %. Если в 2005 году энергию ветра использовали около 50 стран, то в 2012 году их количество увеличилось ровно в два раза и достигло 100 (таблица 2). В пятерку ведущих ветроэнергетических держав 2014 года вошли Ки- тай, США, Германия, Испания, Индия. Доля этих стран в мировом производ- стве энергии с использованием ветра составила 72 %. Ветро-энергетический ры- нок Китая, за полгода (конец 2013 - июнь 2014) нарастил свою мощность на 7000 МВт. Высокие темпы роста в первом полугодии 2014 года в Германии - 1800 МВт. Лидером по установленной мощности ветроэнергетических установок по состоянию на июнь 2014 года является Азия – 36,9 % мирового рынка, с не- большим отрывом за ней следует Европа – 36,7 %. В таблице2 представлена суммарная мощность ветроустановок в некото- рых странах мира. 74 Таблица 2. Суммарная мощность ветроустановок в некоторых странах мира. Место в рей- тинге по раз- витию ветро- энергетики Страна Мощность установок, МВт Июнь 2014 года 2013 год 2012 год 2011 год 1 Китай 98 588 91 413 75 324 62 364 2 США 61 946 61 108 59 882 46 919 3 Германия 36 488 34 658 31 315 29 075 4 Испания 22 970 22 959 22 796 21 673 5 Индия 21 262 20 150 18 321 15 880 6 Великобритания 11 180 10 531 8445 6018 7 Франция 8592 8254 7499 6877 8 Италия 8586 8551 8144 6640 9 Канада 8526 7698 6201 5265 10 Дания 4855 4772 4162 3927 11 Португалия 4829 4724 4525 4379 12 Швеция 4824 4470 3745 2798 13 Бразилия 4700 3399 2507 1429 14 Австралия 3748 3049 2584 2226 15 Польша 3727 3390 2497 1616 Итого: 33 6327 318 488 282 607 233 579 Ветроэнергетический рынок Германии за первое полугодие 2014 года в сравнении с аналогичным периодом 2013-го вырос на 47 %. Высокие темпы роста наблюдались также в Великобритании, Швеции, Франции, Польше. Ветроэнергетический рынок США: за полугодие (конец 2013 - июнь 2014) объем мощностей в стране увеличился на 835 МВт. В настоящее время начинает развиваться офшорная (морская) ветро- энергетика. Первая морская ветроэлектростанция была введена в строй в Да- нии, но мировым лидером в этом регионе является Великобритания. На ее долю в 2012 году приходилось 74 % рынка мировой офшорной ветроэнерге- тики. Сегодня примерно каждая третья ВЭУ страны установлена в море, при этом в британских водах находится каждая вторая морская действующая ВЭУ в мире. Кроме Соединенного Королевства крупные офшорные ветропарки в Европе имеют еще 4 страны - Бельгия, Германия и Нидерланды. К концу 2013 года позиции этих стран по производству электроэнергии на офшорных ветроустановках распределились следующим образом: Великобритания - 3,681 тыс. МВт, Дания - 1,272 тыс. МВт, Бельгия - 571 МВт, Германия - 520 МВт. 75 7.3 Возобновляемые источники в Республике Беларусь В целях создания более благоприятных условий для инвестирования в строительство объектов возобновляемой энергетики и предоставления гаран- тий государства по защите данных инвестиций Президент Беларуси 18 мая подписал Указ № 209 «Об использовании возобновляемых источников энер- гии». Документ направлен на систематизацию работы по внедрению в рес- публике объектов возобновляемой энергетики. Указом закрепляются неизменными в течение 10 лет с момента ввода установок в эксплуатацию повышающие коэффициенты, применяемые при определении тарифов на электрическую энергию, производимую уста- новками по использованию возобновляемых источников энергии. Документ также предусматривает дифференцирование повышающих коэффициентов не только в зависимости от вида возобновляемых источников энергии, но и от иных параметров установок (электрическая мощность, срок службы оборудования на дату ввода в эксплуатацию и др.). Правительству предоставлено право на установление и распределение квот на строительство установок по видам (энергия солнца, ветра, воды, био- газ) для определения экономически оправданных объемов их строительства, исключения чрезмерного развития по отдельным направлениям, обеспечения выбора наилучших технических предложений и наиболее экономически со- вершенных установок. По состоянию на январь 2015г. в Республике Беларусь работало 49 вет- роустановок, 11 биогазовых комплексов, 6 станций по утилизации газа. Рабо- тала Гродненская ГЭС и велись работы по строительству еще двух ГЭС на Западной Двине. Под Новогрудком в поселке Грабники смонтирован ветро- парк из пяти установок мощностью по 1,5 Мвт. Срок окупаемости 11 лет. 8 Перечень нормативных документов в области охраны окружающей среды 1. ТКП 45.02-12.2014 (02120) «Охрана окружающей среды и природо- пользование. Порядок ведения учета в области охраны окружающей среды и заполнения форм учетной документации». 2. ТКП 17.13-12-2013 (02120) «Охрана окружающей среды и природо- пользование. Аналитический контроль и мониторинг. Требования к лабора- ториям, осуществляющим аналитический контроль и мониторинг поверх- ностных и сточных вод». 3. ТКП 17.06-08-2012 (02120) «Порядок установления нормативов до- 76 пустимых сбросов химических и иных веществ в составе сточных вод». 4. ТКП 17.11-06-2012 (02120) «Охрана окружающей среды и природо- пользование. Правила проведения инвентаризации стойких органических за- грязнителей, дополнительно включенных в стокгольмскую конвенцию О СОЗ». 5. ТКП 17.11-01-2009 (02120) Технический кодекс установившейся практики. «Охрана окружающей среды и природопользование. Отходы. Пра- вила использования углеводородсодержащих отходов в качестве топлива». 6. ТКП 17.13-01-2008 (02120) «Охрана окружающей среды и природо- пользование. Мониторинг окружающей среды. Правила проектирования и эксплуатации автоматизированных систем контроля за выбросами загрязня- ющих веществ и парниковых газов в атмосферный воздух». 7. СТП 09.110.02.312-08 «Порядок организации и проведения непре- рывного мониторинга выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воз- дух при сжигании топлива в котельных, газотурбинных и газомоторных установках». 8. СТП 09.110.02.311-06 «Инструкция по определению удельных вы- бросов котлов ТЭС для нормирования выбросов загрязняющих веществ в ат- мосферный воздух». 9. ТКП 17.13-13-2013 (02120) «Охрана окружающей среды и природо- пользование. Аналитический контроль и мониторинг. Правила проведения наблюдений при аварийном загрязнении поверхностных вод». 10. СТП 34.01.203 (РД 34.01.203) «Перечень нормативных документов по водоподготовке, очистным сооружениям, конденсатоочистке, по эксплуа- тации энергетических масел и электролизных установок, обязательных для использования технологическими подразделениями энергопредприятий». 11. МЗ РБ №10-27/12-722 от 11.04.2014. «Об утверждении санитарных норм и правил «Требования к проектированию, строительству, капитальному ремонту, реконструкции, благоустройству объектов строительства, вводу объектов в эксплуатацию и проведению строительных работ». 12. МЗ РБ. Постановление № 115 от 16.11.2011. Санитарные нормы, правила и гигиенические нормативы «Шум на рабочих местах, в транспорт- ных средствах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки». 13. МЗ РБ. Постановление № 39 от 31.03.2010. «Об утверждении сани- тарных норм, правил и гигиенических требований к проектированию и экс- плуатации атомных электростанций». 77 14. МЗ РБ. Постановление № 110 от 01.11.2011. Санитарные нормы, правила и гигиенические нормативы, гигиенические требования к содержа- нию территорий населенных пунктов и организаций. 15. МЗ РБ. Постановление № 174 от 21.12.2010. Об установлении клас- сов опасности загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, порядке отне- сения загрязняющих веществ к определенным классам опасности загрязня- ющих веществ. 16. МЗ РБ. Постановление № 172 от 21.12.2010. О внесении изменений и дополнений в санитарные нормы, правила и гигиенические нормативы. «Пе- речень регламентированных в воздухе рабочей зоны вредных веществ». 17. МЗ РБ. Постановление № 11 от 10.12.2011. Об утверждении сани- тарных норм, правил и гигиенических нормативов. «Гигиенические требова- ния к организации санитарно-защитных зон предприятий, сооружений и дру- гих объектов, являющихся объектами воздействия на здоровье человека и окружающую среду». 18. СНПиГН «Гигиенические требования к условиям труда работников и содержанию производственных предприятий» УП МЗ РБ от №98 от 16.07.2010. 19. СНПиГН «Санитарные нормы, правила и гигиенические требования к организации психологических процессов и производственному оборудова- нию» УП МЗ РБ от № 93 от 13.07.2010. 20. РУП «Бел НИЦ Экология» Сборник нормативных документов по во- просам охраны окружающей среды. Выпуск 60,61. 21. РУП «Бел НИЦ Экология» Сборник методик выполнения измерений допущенных к применению в деятельности лабораторий экологического кон- троля предприятий и организаций РБ в 3-х частях. 22. МВИ.МН 1003-2007. Методика выполнения измерений концентра- ций и выбросов загрязняющих веществ, скорости газов, температуры, влаж- ности и давления электронными переносными приборами. 23. КС РБ Закон Республики Беларусь «Об обращении с отходами». 24. МПР и ООС РБ «Правила эксплуатации газоочистных установок». 25. МПР и ООС РБ «Классификатор отходов, образующихся в Респуб- лике Беларусь». 26. ТКП 17.08-04-2006 (02120) Порядок определения выбросов при сжи- гании топлива в котлах теплопроизводительностью более 25 МВт. 78 9 Обозначения АВР - аварийное включение резерва АГП - автоматическое гашение поля возбудителя генератора АМНС - аварийный масляный насос смазки АПВ - автоматическое повторное включение АПК - антипомпажный клапан АР - асинхронный режим работы генератора АРВ - автоматическое регулирование возбуждения генератора АРЧМ - автоматическое регулирование частоты и активной мощности АСК - автоматизированная система контроля выбросов АСУ ТП - автоматизированная система управления технологическими про- цессами АЧР - автоматическая частотная разгрузка генератора АЭС - атомная электростанция БВР - барабан высокого давления БНД - барабан низкого давления БРОУ ВД - быстродействующая редукционно-охладительная установка БРУ НД - быстродействующая редукционная установка ВД - высокое давление ВН - высокое напряжение ВНА - входной направляющий аппарат (поворотный) ВОК - выносной охладитель конденсата ВХР - водо-химический режим ГВТО - газоводяной теплообменник (иное название КУ) ГЖ - горючая жидкость ГНК - газовый подогреватель конденсата ГПЗ1 - главная паровая задвижка котла-утилизатора ГРП - газораспределительный пункт ГРС - газораспределительная станция ГТ - газовая турбина ГТД - газотурбинный двигатель ГТРС - газотурбинная редукционная станция ГТУ - газотурбинная установка ДГК - дожимной газовый компрессор ДКС - дожимная компрессорная станция ЗОТ - зона обратных токов ИВД - испаритель высокого давления ИНД - испаритель низкого давления ИО - исполнительный орган КВОУ - комплексное воздухоочистительное и шумопоглащающее устрой- ство КЗ - короткое замыкание КМП - керамические и металлокерамические материалы КС - камера сгорания 79 КУ - котел-утилизатор ЛВЖ - легковоспламеняющаяся жидкость МНС - масляный насос смазки МТВ - мультитрубки Вентура МТЗ - максимальная токовая защита МЩУ ППГ - местный щит управления пункта подготовки газа НГПР - насос гидросистемы подъема роторов НА - направляющий аппарат НД - низкое давление НН - низкое напряжение НРК - насос рециркуляции конденсата НСР - насос системы регулирования ОМ - огнеупорные материалы ПГП - подводящий газопровод ПГУ - парогазовая установка ПДК - предельно допустимые концентрации ПЗК - предохранительный запорный клапан ПМН - пусковой масляный насос ПНА - поворотный направляющий аппарат ППВД - пароперегреватель высокого давления ППГ - пункт подготовки газа ППМ - пористые порошковые материалы ППНД - пароперегреватель низкого давления ПР - произведение растворимости веществ в воде ПСГ - подогреватель сетевой воды горизонтального типа ПСК - предохранительный сбросной клапан ПТ - паровая турбина ПТК - программно-технический комплекс ПТУ - паротурбинная установка ПТЭ - правила технической эксплуатации ПУЭ - правила устройства электроустановок ПЭН ВД - питательный электронасос высокого давления РВД - ротор высокого давления РЗА - релейная защита и автоматика РК - рабочее колесо РМНС - резервный масляный насос смазки ТКП - технический кодекс установившейся практики ТМ - теплоизоляционные материалы ТН - трансформатор напряжения ТНПА - технические нормативные правовые акты ТСН - трансформатор собственных нужд УСД - узел стабилизации давления газа УСД (ГРП) - узел стабилизации давления (ГРП) ФГО - фильтр грубой очистки ФТО - фильтр тонкой очистки 80 ЦВД - цилиндр высокого давления ЦНД - цилиндр низкого давления ЦПГУ - цех парогазовых установок ЧАПВ - включение питания отключенных потребителей при восстановлении частоты ЧРП - частотный регулируемый привод ЭВД1 - первая ступень экономайзера высокого давления ЭВД2 - вторая ступень экономайзера высокого давления ЭНД - экономайзер низкого давления 81 Список использованной литературы 1. Ю.М. Шнайдерман, В.В. Саранцев, М.В. Алейникова. Учебно- методическое пособие Основы современной энергетики. Минск. БНТУ, 2015. 2. Е.Э. Васильева, В.В. Альханакта. Учебно-методическое пособие. Экономика природопользования. Минск, 2011. 3. Ю.М. Шнайдерман. Еще раз об аудитах на ТЭС. Журнал «Энерге- тическая стратегия», №2, с.32-33, 2015. 4. Е.Н. Иванов и др. Сокращение водопотребления и повторное ис- пользование сточных вод – перспективная задача теплоэнергетики. Журнал «Теплоэнергетика», №6, с. 47-52, 2011. 5. Тепловые и атомные станции. Справочник. Под общей редакцией А.В. Клименко, В.М. Зорина. Издательство ИЭИ, 2003. 6. Л.П. Падалко и др. Энергосистема Беларуси и развитие автотранс- порта на электротяге. Энергетика и ТЭК. №144, с.41-43, 2015. 7. И.Ф. Ливган. Инженеру об охране окружающей среды. Москва, 1981. 8. В.П. Куличенков, Ю.М. Шнайдерман. Оборудование для повыше- ния энергоэффективности ТЭЦ. Журнал №4 «Энергия и менеджмент», 2015.