В мировом масштабе
в качестве основного загрязнителя
гидросферы сегодня выступают
нефть и нефтепродукты, попадающие
в водную среду в результате
добычи нефти, ее транспортировки,
переработки и использования
в качестве топлива и промышленного
сырья. Среди других продуктов
промышленного производства особое
место по своему отрицательному
воздействию на водную среду
занимают детергенты — очень
токсичные синтетические моющие
вещества. Они плохо поддаются
очистке, а между тем в водоемы
их попадает не менее половины
от начального количества. Детергенты
часто образуют в водоемах
слои пены, толщина которых на
шлюзах и порогах достигает
1 м и более. «Коварными» промышленными
отходами, загрязняющими воду, являются
тяжелые металлы: ртуть, свинец, цинк, медь,
хром, олово и др., а также радиоактивные
элементы. Особую опасность для водной
среды представляет ртуть (метилртутные
фракции).
Одним из наиболее
значительных источников загрязнения
водных ресурсов становится сельское
хозяйство. Это проявляется прежде
всего в смыве удобрений и попадании их
в водоемы. В науке широко известен эффект
эвтрофикации (или доступ к чистой воде
городского (А) и сельского (Б) населения
в отдельных регионах эфтрофирования)
водоемов вследствие загрязнения их азотными
и фосфорными удобрениями. Нитраты и фосфаты
служат своеобразными удобрениями для
водных растений. В результате водоемы
пышно «цветут», резко увеличиваются кормовые
ресурсы (фитопланктон, микроводоросли
поверхностного слоя), затем возрастает
количество рыбы, ракообразных и других
организмов. Однако со временем огромные
толщи фитомассы отмирают, расходуя при
этом все запасы кислорода. В водоеме интенсивно
накапливается сероводород, а сам он, агонизируя,
постепенно «умирает».
Все чаще водные
ресурсы загрязняются гербицидами
и пес-тицидами. При этом степень их
накопления и проявления токсичности
в значительной степени зависит от гидродинамических
и термических характеристик водного
объекта. Например, в непроточном водоеме
ядохимикат аккумулируется в донных отложениях,
которые становятся источником хронического
загрязнения. С повышением температуры
токсическое воздействие практически
всех ядохимикатов усиливается.
Иногда в пищевых
цепях ихтиофауны наблюдается
своеобразный эффект усиления
концентрации ядохимикатов. Так,
если морской планктон содержит
одну единицу известного вещества
ДДТ, то мальки рыб — уже
25 единиц, хищная морская птица
— около 1500 единиц, а крупные
морские животные — намного
больше. Отметим также, что представители
ихтиофауны, отличающиеся большей
жирностью, представляют для человека
значительную опасность. Так,
в тканях рыб, выловленных в
Атлантике, Балтийском и Северном
морях и имеющих жирность менее
6—7%, хлороорганических пестицидов практически
не обнаружено, в то же время в тканях рыб
жирностью 15—20% эти пестициды присутствуют
всегда.
Специфическим видом
загрязнения гидросферы является
термическое. Когда электростанции употребляют
воду для конденсации отработанного пара,
они возвращают ее в водоем подогретой
на 10—30 °С. Это приводит к уменьшению содержания
кислорода в водной среде, увеличению
токсичности имеющихся в ней загрязнителей,
уменьшению доступа света к водной растительности,
стимулированию роста вредных синезеленых
водорослей и т. п.
Остановимся несколько
подробнее на загрязнении водной
среды нефтяными углеводородами.
Согласно многим источникам, ежегодно
в Мировой океан поступает
около 25—30 млн т этих веществ. Пути
их попадания разные: 23% общих загрязнений
нефтью и нефтепродуктами приходится
на преступный сброс с судов промывочных
и балластных вод; 28% — на приток с речными
водами; 17% — на потери при переливе нефти
с танкеров при загрузке; 16% — на береговые
промышленные сточные воды; 10% — на атмосферные
осадки; 5% — на катастрофы танкеров и 1%
— на шельфовое бурение.
Попавшая в морскую
среду нефть начинает растекаться,
стремясь попасть в мономолекулярный
слой. Однако практически всегда
образуются пятна (слитки) с чистой
нефтью в центре, тогда как
на периферии пятен появляется
нефтеводная эмульсия. Легкие фракции
нефти быстро испаряются. Таким образом,
испарение играет огромную роль в перераспределении
углеводородов между океаном и атмосферой.
Часто случающиеся катастрофы танкеров
служат причиной серьезного загрязнения
не только моря, но и атмосферы! Ос-тавшиеся
после испарения высококипящие фракции
нефти образуют смолистые «комки», способные
погружаться на дно. Раньше этот эффект
широко использовался с помощью диспергирующих
агентов, погружающих нефть на дно. Однако
впоследствии такой способ отвергли, так
как диспергирующий агент (т. е. химикат)
оказывался токсичнее самой нефти.
Помимо растворения
и испарения нефть, оказавшись
в водной среде, подвергается
интенсивному фотохимическому и
биологическому окислению (при
этом для окисления 1 л нефти
требуется столько кислорода,
сколько его содержится в 400
ООО л воды). Нетрудно сделать
вывод, что это приводит к
обеднению морской фауны прибрежной
зоны (главным образом из-за потери
кислорода).
Наиболее легко растворимой
в водной среде частью нефти
являются ароматические углеводороды,
которые, кстати, считаются и наиболее
токсичными. Именно они представляют
смертельную опасность для рыб,
особенно мальков. Чрезвычайно
токсично также дизельное топливо,
загрязняющее в первую очередь
портовые акватории вследствие
халатности (а нередко — и преступных
действий) команд судов.
Особенно чувствительны
к нефтяному загрязнению пернатые.
Попытки их спасти, как правило,
безуспешны, поскольку оперение
птиц хотя и гидрофобно, но лишено
защиты от нефти и нефтепродуктов. Иногда
птице достаточно нефтяного пятна в 2—3
см2, чтобы она погибла. При попытке
птицы очиститься клювом, эти продукты
попадают к ней в желудок и летальный исход
неизбежен. Гибнут также иглокожие, лангусты,
креветки и многие другие моллюски.
Долговременные экологические
последствия загрязнения Океана
и вообще всей гидросферы нефтью
и нефтепродуктами изучены пока
недостаточно. Есть аспекты, которые
еще ждут своего исследования.
Так, известно, что нефть и нефтепродукты
всегда содержат полициклические
ароматические углеводороды (ПАУ), отличающиеся
канцерогенной активностью. До
сих пор считалось, что главным
источником таких особо опасных
веществ является отработанное
машинное масло, попадающее в
водную среду с судов. Однако
в последние годы в науке
сформировалась точка зрения, согласно
которой некоторые морские организмы
могут не только аккумулировать
ПАУ, но и синтезировать их
из сырой нефти. Если в дальнейшем
это подтвердится, то проблем
только прибавится.
Виды загрязнения
вод:
Химическое загрязнение
— наиболее распространенное, стойкое
и далеко распространяющееся. Оно
может быть:
- органическим (фенолами, нафтеновыми
кислотами, пестицидами и др.);
- неорганическим (солями, кислотами,
щелочами);
- токсичным (мышьяком; соединениями
ртути, свинца, кадмия и др.);
- нетоксичным.
Бактериальное загрязнение
выражается в появлении в воде
патогенных бактерий, вирусов (до 700 видов),
простейших, грибов и др. Этот вид
загрязнений носит временный
характер.
Содержание в воде, даже
при очень малых концентрациях,
радиоактивных веществ вызывает
радиоактивное загрязнение природных
источников, среди которых наиболее
вредными являются долгоживущие радиоактивные
элементы, обладающие повышенной способностью
к передвижению в воде (стронций-90, уран,
радий-226, цезий и др.). Радиоактивные элементы
попадают в поверхностные водоемы со сбрасываемыми
радиоактивными отходами, при захоронении
отходов на дне и др. В подземные воды радиоактивные
элементы поступают в результате выпадения
их на поверхность Земли в виде радиоактивных
продуктов и отходов, а затем — просачивания
в глубь Земли вместе с атмосферными водами,
а также в результате взаимодействия подземных
вод с радиоактивными горными породами.
Механическое загрязнение
характеризуется попаданием в воду
различных механических примесей (песка,
шлама, ила и др.), а также твердых
отходов (мусора), остатков лесосплава,
которые могут значительно ухудшать
органолептические показатели вод.
Тепловое загрязнение
связано с повышением температуры
вод в результате их смешивания с
более нагретыми поверхностными
или технологическими водами, что
приводит к изменению газового и
химического состава вод, к размножению
анаэробных бактерий, росту гидробионтов
и выделению ядовитых газов —
сероводорода, метана. Одновременно происходит
цветение воды, а также ускоренное
развитие микрофлоры и микрофауны.
По существующим санитарным нормам температура
водоема не должна повышаться более
чем на 3°С летом и 5°С зимой.
3. Очистка газовоздушных
выбросов от токсичных газов и паров.
3.1Промышленная
и санитарная очистка
- Способы борьбы с загрязнением атмосферы основаны на применении конкретных приемов: совершенствования технологических процессов (работа по замкнутому циклу, безотходные технологии);
- снижения до минимума количества отходов комплексным использованием сырья (на нефтехимических и металлургических предприятиях сооружают сернокислотные цеха, используя выбрасываемый сернистый ангидрид);
- внедрения прогрессивных методов горения (бездымное тушение кокса);
- использования для газообразных выбросов высоких дымовых труб, чтобы снизить концентрацию вредных веществ у поверхности земли. Но использование высоких труб приводит к загрязнению удаленных районов. Коренное решение этого вопроса заключается в эффективной очистке от вредных газов и пыли до их выброса в атмосферу. В зависимости от дисперсного состава пыли, влажности и других факторов применяют соответствующий тип пылеуловителя. При этом основным критерием является степень очистки и экономические затраты (стоимость оборудования, монтажа, потребной электроэнергии, эксплуатационных и амортизационных расходов).
Промышленная
очистка - это очистка газов с целью
последующей утилизации или возврата
в производство отделенного газа или превращенного
в безвредное состояние продукта (ГОСТ
17.2.1.04 - 77). Этот вид очистки является необходимой
стадией технологического процесса при
этом технологическое оборудование связано
друг с другом материальными потоками
в соответствии с обвязкой аппаратов.
При организации любого производства,
и в особенности мало- и безотходного промышленная
и санитарная очистка газовоздушных выбросов
- необходимая стадия технологической
схемы.
Промышленные способы
очистки газовых выбросов от газо-
и парообразных токсичных примесей
можно разделить на три основные
группы:
1) абсорбция жидкостями;
2) адсорбция твердыми
поглотителями;
3) каталитическая очистка.
Абсорбция - это процесс
поглощения газов или паров из
газовых или паровых смесей жидкими
поглотителями - абсорбентами. Различают
физическую и химическую абсорбцию.
При физической абсорбции молекулы
поглощаемого вещества (абсорбтива) не
вступают с молекулами абсорбента в химическую
реакцию. При этом над раствором существует
определенное равновесное давление компонента.
Процесс абсорбции проходит до тех пор,
пока парциальное давление целевого компонента
в газовой фазе выше равновесного давления
над раствором.
При химической абсорбции
молекулы абсорбтива вступают в химическое
взаимодействие с активными компонентами
абсорбента, образуя новое химическое
соединение. При этом равновесное давление
компонента над раствором ничтожно мало
по сравнению с физической абсорбцией
и возможно полное его извлечение из газовой
среды.
Процесс абсорбции является
избирательным и обратимым. Избирательность
- это поглощение конкретного целевого
компонента (абсорбтива) из смеси при помощи
абсорбента определенного типа. Процесс
является обратимым, так как поглощенное
вещество может быть снова извлечено из
абсорбента (десорбция), а абсорбтив снова
может быть использован в процессе.
Метод абсорбции заключается
в разделении газовоздушной смеси на
составные части путем поглощения одного
или нескольких газовых компонентов поглотителем
(абсорбентом) с образованием раствора.
Состав абсорбента выбирается из условия
растворения в ней поглощаемого газа.
Например, для удаления из технологических
выбросов таких газов, как аммиак, хлористый
водород и др., целесообразно применять
в качестве поглотительной жидкости воду.
Для улавливания водяных паров используют
серную кислоту, а ароматических углеводородов
(из коксового газа) - вязкие масла.
Установки, реализующие метод
абсорбции, называются абсорберами. В
абсорберах жидкость дробится на мелкие
капли для обеспечения более
высокого контакта с газовой средой.
В орошаемом скруббер-абсорбере насадка
размещается в плоскости вертикальной
колонны. В качестве насадки используют
кольца с перфорированными стенками, изготавливаемыми
из металла, керамики, пластмассы и других
материалов с максимальной коррозионной
устойчивостью. Орошение колонн абсорбентом
осуществляется из разбрызгивателей.
Загрязненный газ поступает снизу и направляется
вверх, подвергаясь непрерывной очистке.