Промышленная экология

Содержание:

1. Общие закономерности  производственных процессов.

2. Расчет циклона.

3. Организация  системы мониторинга окружающей  природной среды в России.

       4. Отбор проб воздуха.

5.Формирование  сети пунктов контроля качества  поверхностных вод. Отбор проб  воды.

6.Контроль загрязнения  почв пестецидами.

7. Основные виды  прогнозов и методы прогнозирования. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Общие закономерности  производственных  процессов.

  В настоящее время, когда человек  хочет получить для себя слишком  много благ, реализовать этот древний  принцип (ему около 2500 лет) чрезвычайно трудно. Для производства пищи, одежды, жилья необходимо переработать много сырья и сжечь много топлива. К сожалению, сделать это, не нанося ущерба окружающей среде, невозможно. Однако пути снижения вредного воздействия промышленности на природу существуют. И прежде всего можно назвать следующие:

1. совершенствование с точки зрения экологии используемых технологических процессов;
2. создание малоотходных (в идеале — безотходных) производств;
3. очистка вредных выбросов, отравляющих атмосферу, воду и почву.

   Наиболее  простым и дешевым (хоть и не самым  эффективным) является первый путь.

   Технология  — это приемы и способы получения, обработки или переработки сырья, материалов или изделий, реализуемые в различных отраслях промышленности. Организация технологий и производственных процессов с точки зрения экологии носит иерархический характер, т. е. имеет расположение элементов целого в порядке от высшего к низшему.

   Совершенствование существующих технологий должно проходить по всем направлениям производства, но главным образом это касается самого технологического процесса, аппаратуры, сырья, продукции и организации ее производства.

   Технологический процесс является операцией добычи, обработки, переработки, транспортирования, складирования и хранения сырья и продукции производства.

   С экологической точки зрения наиболее эффективны следующие приемы и способы  снижения вредного воздействия промышленности на окружающую среду:

   — комплексное использование сырьевых и энергетических ресурсов. Как правило, более 30% стоимости сырья приходится на сопутствующие элементы. Например, в нефтеперерабатывающем производстве нефть очищается от серы, и эта элементарная чистая сера, естественно, должна использоваться в химической промышленности.

Что касается энергоресурсов, то, безусловно, целесообразно использовать тепло уходящих газов печей в котлах-утилизаторах (например, использование ВЭР) и направлять его в виде воды и пара для различных (не только технологических) нужд предприятия. Использование ВЭР приносит двоякую экологическую пользу: снижает тепловое загрязнение атмосферы и косвенно уменьшает степень загрязнения окружающей среды за счет того, что для получения необходимого количества тепла и электроэнергии не требуется сжигать топливо с выбросом в атмосферу С0₂ и NO_x;

• снижение количества стадий технологических процессов, так как на каждой стадии переработки сырья происходит его потеря и образуются отходы (например, объединение при получении бензина нескольких стадий технологического процесса в одной ректификационной колонне приводит к экономии сырья и повышению эко- логичности производства);
• внедрение непрерывных процессов позволяет снижать расход сырья и тепла;
• автоматизация и компьютеризация дают возможность осуществлять производственный процесс в узких рамках оптимальных технологических параметров, что сводит к минимуму потери сырья и топлива и обеспечивает безопасность производства. В частности, при переработке нефти работа вручную не только неэффективна, но и невозможна;
• интенсификация технологических процессов обеспечивает экономию времени и энергоресурсов. При этом, естественно, не должно снижаться качество выпускаемой продукции;
• создание комплексных энерготехнологических процессов, например в таких химических производствах, как аммиачное. Увеличение производительности комплексного энерготехнологического процесса экономит сырье, материалы и энергоресурсы;
• максимально возможная замена первичных материальных и энергетических ресурсов на вторичные;
• разработка комбинированных аппаратов (например, многофункциональных ректификационных колонн) позволяет снизить расход материалов на их изготовление и экологизировать процесс;
• уменьшение размеров аппаратов при увеличении их производительности за счет оптимизации технологического процесса. Такие аппараты занимают меньшую производственную площадь, что снижает расходы на строительство производственных зданий;
• изготовление аппаратов повышенной герметичности, в частности автоклавов (аппаратов, работающих под давлением). Во многих производствах, в том числе при переработке нефти, утечка сырья и продукта недопустима, так как их возгорание может привести к экологической катастрофе. Даже небольшая протечка в сальниках насосов загрязняет почву вокруг технологических аппаратов;
• внедрение в производство современных эффективных очистных сооружений;
• применение новых конструкционных материалов позволяет увеличить срок службы аппаратов за счет снижения скорости коррозии, снизить их вес;
• научно-практическое обоснование качества ресурсов. Например, совсем необязательно в производстве бензина применять питьевую воду, на очистку которой расходуется много средств. Питьевую воду можно заменить технической и при необходимости использовать ее многократно;
• предварительная подготовка сырья и топлива удешевляет и улучшает технологический процесс, а кроме того, снижает его экологическую опасность (например, извлечение серы из сырой нефти, обессеривание мазута, подаваемого в котлы и печи, способствуют резкому снижению выбросов S0₂ в атмосферу);
• замена высокотоксичных материалов (ртути, кадмия, свинца) на менее ядовитые (например, при производстве красителей, катализаторов, электролита);
• замена привозного сырья на местное (например, добываемое попутно);
• обеспечение безопасности продукции в соответствии с нормами;
• увеличение срока службы продуктов производства;
• обеспечение регенерации и утилизации продукции, т. е. возможности ее возвращения на предприятие после выработки ресурса;
• обеспечение удобства применения продукции (починка, разборка, использование запчастей);
• всемерная экономия материальных и энергетических ресурсов за счет организационных мер (правильная организация работы смен, ликвидация простоев оборудования и т. д.);
• устранение запланированных и незапланированных потерь сырья, материалов, энергоресурсов;
• внедрение новых, более совершенных процессов и аппаратов;
• обеспечение экологического контроля сырья и продукции;
• составление экологического паспорта предприятия;
• осуществление постоянной отчетности перед экологической службой и общественностью района, города, области;
• недопущение в масштабах предприятия чрезвычайных экологических ситуаций.

  Из  приведенных выше приемов и способов снижения вредного воздействия промышленности на окружающую среду видно, насколько  многообразна и трудна работа по совершенствованию  производства с точки зрения экологии.

  При выборе эффективных малозагрязняющих технологий применяют эколого-экономические подходы, для чего разрабатывают общегосударственные стандарты. 

2. Расчет циклона.

   Циклоны относят к сухим механическим пылеулавливателям, в которых пыль оседает под действием центробежных сил. Они получили широкое распространение. Выпускают циклоны цилиндрического и конического типов. Циклоны цилиндрического типа  предназначены для улавливания сухой пыли, золы и т. д. Наиболее эффективно они работают, когда размер частиц пыли превышает 20 мкм. Конические циклоны предназначены для очистки газовых и воздушных сред от сажистых частиц. Чем больше диаметр корпуса циклона, тем выше его производительность.

   Степень очистки газа в циклоне тем больше, чем больше коэффициент разделения сред.

  

(1)

        Для циклонов значение /достигает ста и более единиц. Из выражения (1) видно, что / можно увеличить: а) уменьшением радиуса вращения газового потока; б) увеличением его скорости. При этом следует помнить, что увеличение скорости вызывает возрастание гидравлического сопротивления и турбулентности газового потока, которая ухудшает процесс осаждения, а уменьшение радиуса циклона ведет к снижению его производительности. Поэтому при больших объемах запыленного газа вместо одного циклона большого диаметра применяют несколько циклонных элементов меньшего размера, объединенных в одном корпусе, — батарейные циклоны (мультициклоны).

  Степень очистки газов от пыли в циклоне  составляет: для частиц диаметром 5 мкм — 80—85%, диаметром 10 мкм - 70—90%, диаметром 20 мкм — 95—98%.

  В промышленности наиболее распространены циклоны НИИОгаза, отличительной особенностью которых является наклонный патрубок прямоугольного сечения, через который вводится газ. Наиболее часто применяют циклоны с углом наклона входного патрубка 15° и 24° — соответственно ЦН-15 и ЦН-24. Теоретический расчет циклонов весьма сложен, поэтому на практике расчеты ведут по упрощенной методике.

  Пример расчета циклона

  Подобрать циклон для очистки от пыли отходящего из распылительной сушилки воздуха, если его расход составляет Q = 2100 м³/ч, температура — 100 °С, а наименьший размер частиц — 80 мкм.Решение

  Для улавливания частиц размером 80 мкм  выбираем циклон типа ЦН-15.

  Находим диаметр циклона по формуле (3):Выбираем из ряда стандартных диаметров циклон диаметром 500 мм.

  Определяем  истинную скорость воздуха в аппарате по формуле (4):

  "ист⁼ 4 0,583 _ 2^97 _м/_с 3,14-0,5²

  Примем  соотношение ^ = 740. •

  Р/

  Плотность воздуха определяем по формуле

  М 273 ^Р' 22,4 Т '

  где М  — молярная масса газа, кг/кмоль; Т — температура газа, К.

  Для воздуха  М = 29 кг/кмоль и p_f соответственно равна По формуле (2) гидравлическое сопротивление циклона равно

  Ар = 160 • 0,95 • = 670 Па. 

3. Организация системы  мониторинга окружающей  природной среды  в России.

  ГСМОС основывается на системах национального  мониторинга, которые функционируют в различных государствах согласно международным требованиям и специфическим подходам, сложившимся исторически или обусловленным характером наиболее остро стоящих экологических проблем. Международные требования, которым должны удовлетворять национальные системы — участницы ГСМОС, включают единые принципы разработки программ (с учетом приоритетных факторов воздействия), обязательность наблюдений за объектами, имеющими глобальную значимость, передачу информации в Центр ГСМОС.

   На  территории СССР в 1970-е годы на базе станций гидрометеослужбы была организована Общегосударственная служба наблюдений и контроля состояния окружающей среды (ОГСНК), построенная по иерархическому принципу (рис. 3.3).

В обработанном и систематизированном виде информация, полученная в рамках ОГСНК, была представлена в кадастровых изданиях, таких как «Ежегодные данные о составе и качестве поверхностных вод суши» (по гидрохимическим и гидробиологическим показателям), «Ежегодник состояния атмосферы в городах и промышленных центрах» и др. До конца 1980-х годов все кадастровые издания имели гриф «Для служебного пользования», затем в течение трех-пяти лет были открытыми и доступными в центральных библиотеках. К настоящему времени сборники типа «Ежегодных данных...» в библиотеки практически не поступают. Некоторые материалы можно получить (приобрести) в региональных подразделениях Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет).

  Помимо  ОГСНК, входящей в систему Росгидромета, экологический мониторинг осуществляется целым рядом государственных  экологических служб.

  Распределение функций мониторинга по различным  ведомствам, не связанным между собой, приводит к дублированию усилий, снижает эффективность всей системы мониторинга и затрудняет доступ к необходимой информации как для граждан, так и для государственных организаций. Поэтому в 1993 г. было принято решение о создании Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ), которая должна была объединить возможности и усилия многочисленных служб для решения задач комплексного наблюдения, оценки и прогноза состояния среды в Российской Федерации. 

  Отбор проб воздуха.

  Химический  анализ воздуха чаще всего начинают с отбора и подготовки пробы к анализу. Все стадии анализа связаны. Между собой. Так, тщательно измеренный аналитический сигнал не дает правильной информации о содержании определяемого компонента, если неправильно осуществлен отбор или неверно проведена подготовка пробы к анализу. В большинстве случаев именно отбор и подготовка пробы к химическому анализу определяют надежность и качество получаемых результатов, а также трудоемкость и длительность аналитического цикла. Погрешность при отборе пробы и ее подготовке часто становится причиной общей ошибки определения компонента и делает бессмысленным использование высокоточных методов. В свою очередь, отбор и подготовка пробы зависят не только от природы анализируемого объекта, но и от способа измерения аналитического сигнала. Приемы и порядок отбора пробы настолько важны при проведении химического анализа, что обычно предписываются государственным стандартом.

  Отобранная  проба должна быть представительной, т. е. статистически правильно отражать состояние объекта окружающей среды, из которого она взята.

  Универсального  способа пробоотбора, позволяющего одновременно улавливать из воздуха все загрязняющие вещества, не существует. Выбор адекватного способа отбора определяется прежде всего агрегатным состоянием веществ, а также их физико-химическими свойствами.

  В воздухе загрязняющие компоненты могут  присутствовать в виде газов (NO, N0₂, СО, S0₂), паров (преимущественно органических веществ с температурой кипения до 230—250 °С), аэрозолей (туман, дым, пыль). Иногда вещества могут находиться в воздухе одновременно в виде паров и аэрозолей. Это преимущественно жидкости с высокой температурой кипения (дибутилфталат, капро- лактам и др.). Попадая в воздух, их пары конденсируются с образованием аэрозоля конденсации. Аэрозоли конденсации образуются также при некоторых химических реакциях, приводящих к появлению новых жидких или твердых фаз. Например, при взаимодействии три- оксида серы с влагой образуется туман серной кислоты; аммиак и хлороводород образуют дым хлорида аммония.