Химическая энциклопедия
"ОХРАНА ПРИРОДЫ"

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

Научно-технический прогресс и окружающая среда

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Охрана атмосферного воздуха

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Для холодных выбросов расчет проводят по ф-лам:

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

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

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

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

Охрана водного бассейна

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Для укрупнения дисперсных частиц с целью ускорения процессов осаждения тонкодиспергир. примесей используют разл. коагулянты (напр., оксихлорид и сульфат алюминия, алюминат натрия, сульфаты и хлорид железа) и флокулянты (полиакриламид и др.), дозы к-рых зависят от концентрации загрязнений. Напр., коагулянтная очистка включает след, стадии: дозирование и смешение коагулянтов со сточными водами (в дырчатых, перегородчатых, вертикальных и с лопастными мешалками смесителях); хлопьеобразование (в вихревых, перегородчатых, водоворотных камерах); осаждение (в отстойниках или гидроциклонах). При электрокоагуляции сточные воды пропускают через электролизер с р-римыми стальными или алюминиевыми анодами. Под действием электрич. тока металл растворяется, в результате чего в воду переходят катионы железа или алюминия; последние, встречаясь с группами , образуют хлопьевидные гидроксиды, и происходит интенсивная коагуляция.

Р-римые примеси удаляют из сточных вод с помощью хим. и физ.-хим. методов.

Химическая очистка связана с использованием разл. реагентов, к-рые вводятся в стоки и вступают во взаимод. с вредными примесями; последние окисляются или восстанавливаются с получением малотоксичных в-в либо переводятся в малорастворимые соед. и отделяются в виде осадков, к-рые захороняют, складируют или используют как сырье. Наиб. широко применяют методы нейтрализации и окисления активным хлором, кислородом воздуха, озоном и др.

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

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

Физико-химическая очистка. Для глубокой очистки сточных вод от растворенных орг. в-в после биохим. очистки (см. ниже), а также в локальных установках, если концентрация этих в-в в стоках невелика и они биологически не разлагаются или сильно токсичны, применяют разл. адсорбц. процессы (см. Адсорбционная очистка , Адсорбция ). Такая очистка м.б. рекуперативной, т.е. с извлечением из адсорбента примесей и их утилизацией, или деструктивной -с разрушением примесей и адсорбента и выбросом продуктов деструкции. В качестве адсорбентов используют активные угли, силикагель, цеолиты и др., а также нек-рые отходы (шлаки, золы, опилки и т.д.).

Ионообменная очистка наиб, распространена для обессо-ливания воды (см. Ионный обмен ). Разработаны процессы очистки с применением прир. и синтетич. ионообменных сорбентов (см. Иониты}. Для очистки сточных вод от фенолов, масел, орг. к-т и др. используют экстракцию жидкостную ; она м. б. экономически целесообразна, если стоимость извлекаемых в-в компенсирует все затраты на его проведение. Обратный осмос и ультрафильтрацию (см. Мембранные процессы разделения ) применяют для удаления из воды минер. солей и в локальных установках для извлечения др. примесей; эффективность очистки зависит от св-в мембран. Для удаления из стоков токсичных газов чаще всего проводят десорбцию с помощью инертного компонента в насадочных или тарельчатых колоннах при нагр. (см. Абсорбция ).

Биохимическая очистка служит осн. методом обезвреживания сточных вод от орг. загрязнителей, к-рые окисляются микроорганизмами. На практике широко распространены аэробные процессы, протекающие в естеств. условиях на спец. участках земли (т. наз. полях орошения или фильтрации) либо в искусств. сооружениях (аэротенках и биофильтрах).

Аэротенки - железобетонные аэрируемые резервуары. Очистка происходит по мере прохождения через аэротенк аэрируемой смеси сточных вод и активного ила. Последний включает скопление микроорганизмов (в осн. 12 видов бактерий и простейших) и твердый субстрат (отмершая часть остатков водорослей и водных организмов). Хим. состав активного ила определяется составом сточных вод (см. также ниже); напр., для стоков произ-в азотных удобрений ил имеет состав C₉₀H₁₆₇O₅₂N₂₄S₈. Качество ила зависит от скорости его осаждения и степени очистки сточных вод, Орг. в-ва с помощью белка-переносчика попадают внутрь клеток микроорганизмов, где происходит окисление примесей, сопровождаемое выделением энергии и синтезом новых в-в с затратой энергии. Роль катализаторов превращений орг. примесей выполняют ферменты. Для разрушения сложной смеси орг. в-в необходимо 80-100 разл. ферментов. Микроорганизмы потребляют только растворенный в стоках кислород; насыщение им воды осуществляют аэрацией. При очистке образуется избыток активного ила, к-рый утилизируют (см. ниже).

В биофильтрах (колонны с фильтрующим материалом) очистка происходит при фильтровании стоков через слой загрузки (котельный шлак, щебень, гравий, керамзит и др.), покрытый пленкой микроорганизмов. Биопленка выполняет ту же ф-цию, что и активный ил. Однако в ней число микроорганизмов меньше, чем в иле, поэтому окислит. мощность биофильтров ниже мощности аэротенков.

Для интенсификации аэробной очистки сточных вод вместо воздуха начинают использовать техн. кислород.

Очистку высококонц. стоков и обезвреживание осадков осуществляют анаэробно, т. е. без доступа кислорода в спец. аппаратах - метантенках; образующийся газ (63-65% СН₄, 32-34% СО₂) м. б. использован для энергетич. нужд.

По сравнению с биохим. методами физ.-хим. методы очистки сточных вод обладают след. преимуществами: позволяют выделять токсичные, биохимически неокисляемые орг. загрязнения и рекуперировать разл. в-ва; менее чувствительны к изменениям состава и кол-в стоков и обеспечивают их более глубокую и стабильную очистку; характеризуются лучшей изученностью кинетики, а также вопросов моделирования и оптимизации процессов очистки, что обеспечивает правильный выбор и расчет аппаратуры; не связаны с контролем за жизнедеятельностью микроорганизмов; позволяют полностью автоматизировать процессы очистки.

Термическая очистка. Сильно минерализованные и очень токсичные сточные воды, к-рые не удается очистить перечисл. методами, термически обезвреживают или закачивают в подземные скважины. При термич. обезвреживании жидкие отходы концентрируют с послед. выделением растворенных в-в; подвергают обработке с целью жидкофазного окисления орг. в-в, а также их окисления в присутствии катализатора при атм. или повыш. давлении; перерабатывают с помощью огневого метода непосредственным распылением в топочные газы. Концентрирование примесей производят в одно- и многоступенчатых выпарных установках, а выделение солей-в кристаллизаторах или распылит. сушилках. Установки жидкофазного окисления орг. в-в растворенным кислородом воздуха позволяют обезвреживать стоки с низким содержанием примесей без предварит. концентрирования; полученные при этом продукты остаются в сточных водах, но не содержат вредных в-в.

При огневом обезвреживании горючие пром. отходы, содержащие примеси мазута, масел и нефтепродуктов, отработанные р-рители, спирты, эфиры сжигают в спец. установках без добавления топлива. Негорючие сточные воды распыляют в топочные газы с т-рой 900-1000 °С. При этом вода полностью испаряется, орг. примеси сгорают, превращаясь в газообразные продукты, а минер. в-ва образуют твердые или расплавл. частицы. Для сжигания горючих и негорючих сточных вод пригодны камерные, шахтные, циклонные печи и печи с пссвдоожиж. слоем. Установки м. б. с очисткой и без очистки отходящих в атмосферу газов, с рекуперацией и без рекуперации теплоты. Огневой метод требует большого расхода топлива (обычно 250-300 кг условного топлива на 1 т стоков) на испарение воды и полного сгорания токсичных примесей.

Эффективность методов очистки и их выбор. Перед подачей на очистные сооружения сточные воды обычно поступают в аппараты, в к-рых усредняются их состав и расход. Эффективность разл. методов очистки: механических-50-70%, химических-80-90%, физико-химических - 90-95%, биохимических - 85-95%.

Метод очистки и инженерное оформление соответствующего процесса выбирают, принимая во внимание: 1) санитарные и техн. требования к качеству очищенных вод и направления их дальнейшего использования; 2) кол-во стоков; 3) наличие на предприятии необходимых для их обезвреживания энергетич. и материальных ресурсов (пар, топливо, сжатый воздух, электроэнергия, сорбенты, реагенты), а также площадей для сооружения очистных установок; 4) эффективность обезвреживания сточных вод.

В качестве примера правильного учета упомянутых факторов, охраны и рационального использования водных ресурсов служит осуществленная в Первомайском пром. узле (Украина) замкнутая система водопотребления (рис. 2). В нее включены сточные воды города, ТЭЦ, хим. завода и иных пром. предприятий. В каждом хим. произ-ве предусмотрены самостоят. водооборотные циклы с локальными очистными установками и повторное использование очищенных стоков. На общезаводских сооружениях проводится биохим. очистка сточных вод предприятий пром. узла, а также городских вод. Минерализов. воды опресняют на термич. установке, а концентрир. рассолы захороняют в подземные скважины. Отходы после очистки сточных вод и отходы хим. произ-ва перерабатывают с получением белково-вита-минного концентрата, азотных удобрений, Na₂SO₄, поли-винилхлоридных плиток. В результате потребление пром. узлом свежей воды снизилось в 6 раз, а загрязнение водоемов сведено к минимуму.