Поступление солнечной энергии и продуктивность 6 страница

кислая среда щелочная среда

сильно - умеренно - слабо слабо - умеренно - сильно

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

За последние 30 лет кислотность осадков повысилась в среднем до рН - 4,1. Кислотность осадков создается растворением в них содержащихся в атмосфере серной и азотной кислот. Серная кислота образуется в атмосфере из диоксида серы, азотная - из диоксида азота. Три четверти всего количества диоксида серы в атмосферу выделяется дымовыми трубами теплоэлектростанций. Основное количество диоксида азота поступает с выхлопными газами автомобилей (40 %) и выбросами тех же теплоэлектростанций (30 %). Чем обильнее выпадающий дождь, тем, как правило, кислотность его воды меньше, так как определенное количество кислоты растворяется в большем количестве воды. Высокое содержание кислот может быть в кислотных туманах, где количество воды невелико. Кислотные отложения могут выпадать и в сухом виде, с пылью, их растворение происходит в каплях росы уже на поверхности растений.

Влияние кислотных осадков на экосистемы было обнаружено примерно 30-35 лет назад. Индикатором этого влияния было уменьшение уловов рыбы в озерах Европы. Было установлено, что вода озер имела кислую реакцию, а водные обитатели не выживают при снижении рН воды ниже 4,5. Особенно повышение кислотности влияло на процессы размножения водных организмов и развитие молоди рыб. Кислотные осадки, просачиваясь через почву, способны выщелачивать алюминий и другие металлы, т.е. переводить их из нерастворимого в нейтральной среде состояния в растворимое. Ионы этих металлов дополнительно оказывают отрицательное воздействие, как на наземные экосистемы, так и на водные.

С выпадением кислотных осадков деградируют леса. Во-первых, кислоты нарушают восковой покров листьев, делая растения более уязвимыми для патогенных организмов. Во-вторых, ионы водорода, поступающие с осадками, вытесняют ионы биогенных металлов (К, Са, Мg) в более глубокие слои, и растениям достается меньше необходимых питательных веществ. В-третьих, ионы алюминия и других тяжелых металлов, извлекаемые кислотными осадками, замедляют рост и вызывают гибель растений.

От кислотных осадков страдают сельскохозяйственные растения, постройки в городах, а также здоровье людей. Известно, что алюминий вызывает преждевременное старение.

Уменьшение кислотности осадков можно осуществить следующими мерами: заменяя уголь другим топливом на теплоэлектростанциях, извлекая серу из твердого топлива перед его сжиганием, сжигая уголь на электростанциях в псевдосжиженном слое с добавлением извести, улавливая сернистый ангидрид из дымовых газов, не допуская его выброса в атмосферу, развивая строительство альтернативных электростанций.

В связи с загрязнением атмосферы в ее составе наблюдается снижение количества кислорода, ежегодно его уменьшение оценивается в 10 млрд т. Убыль кислорода в атмосфере прогрессирует: за последние 50 лет его количество сократилось настолько же, насколько за предыдущий миллион лет. В относительных единицах эта убыль составляет 0,02 % от всего атмосферного запаса, но для сохранения стабильности состава атмосферы и эта величина имеет значение.

Интерес к глобальным последствиям загрязнения атмосферы в существенной степени вызван проблемами будущего, поскольку имеется тенденция к увеличению выбросов вредных веществ в атмосферу.

Загрязнение атмосферного воздуха может быть глобальным, региональным, местным и локальным. Однако четко разделить эти виды загрязнения трудно, так как атмосферный воздух границ не имеет.

Масштабы загрязнения связаны с мощностью выбросов и характером циркуляции воздушных потоков. Если эти два фактора совпадают по направлению и времени, то загрязнение атмосферного воздуха может быть глобальным.

В связи с тем, что поступление, перенос и трансформация примесей в атмосферном воздухе сопровождаются взаимодействием веществ друг с другом и с объектами окружающей среды, существует возможность самоочищения.

Самоочищение атмосферного воздуха может происходить в результате сухого и мокрого выпадения примесей, поглощения почвенными бактериями и микроорганизмами и другими путями. Основным механизмом очищения атмосферы от радиоактивных аэрозолей является выпадение осадков. Время нахождения радиоактивных примесей в атмосферном воздухе прямо пропорционально высоте, на которую они были заброшены. Вследствие сухого и мокрого выпадения вредных веществ загрязняется почва и водные объекты. К другому типу самоочищения атмосферного воздуха относится сухое осаждение - удерживание загрязняющих веществ (газов и аэрозолей) подстилающей поверхностью.

Скорость осаждения твердых частиц зависит от их радиуса - чем больше диаметр частицы, тем выше скорость осаждения. Для разных подстилающих поверхностей скорости осаждения различны. Наибольшая - для воды; наименьшая - для травы в осенний период.

Посадка деревьев и кустарников вдоль транспортных магистралей способствует снижению концентрации оксида углерода в приземном слое воздуха. Отмечено, что одноярусная посадка деревьев снижает концентрацию примеси на 10 %, а двухъярусная на 65 %.

Загрязнение атмосферы выбросами

пищевых предприятий

Выбросы в атмосферу предприятий пищевой промышленности можно разделить на следующие гpуппы:

- выбросы, образующиеся при производстве энеpгии и в результате использования транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания;

- выбросы основных технологических процессов;

- выбросы вспомогательных цехов и производств.

В первом случае источниками выбросов является паросиловое оборудование, используемое на производстве и автотранспорте. Местные котельные выбрасывают большое количество газов, в состав которых входят оксиды серы и азота, пыль. Большое количество разнообразных технологических процессов определяет широкий качественный состав второй гpуппы выбросов (табл.).

Выбросы pазличных пищевых производств

Производство, цех, оборудование, операция	Объем выбро-сов, тыс. м^3	Темпе-ратура выбро-сов, ^0С	Наименование веществ	Концентра-ция, мг/м^3
Сухого молока и молочных продуктов: сушильные установки	2-100	75-85	Пыль сухих продуктов	3000-5000 П1
Дозатор сыпучих материалов	П3	-	То же	0,4-1000
Огневые калориферы	0.5-10,0	150-300	Оксид азота, диоксид серы, твердые частицы углерода	20-900 П2

Продолжение табл. 4

Жестяно-баночный цех
Резка, штамповка, сборка	П3	25-40	Металлическая пыль	0,1-4,5
Лужение, лакирова-ние, травление, пайка	П3	25-60	Пары олова и органических веществ	Следы
Картонажно-печатный цех	0,8-18,0	40-45	Аэрозоль свинца	Следы
			Пары парафина	1,5-2,0
			Этанол	400-500
			Оксид этилена	Следы
			Формальдегид	Следы
Сыродельный цех:
Парафинер	П3	90-105	Пары парафина	1-5
Коптильная камера	0,5-5,0	30-80	Оксиды азота	0,1-0,9
			Диоксид серы	4-20
			Оксид углерода	70-200
			Сажа	27-54
			Аммиак	0,1-1,2
Производство мороженного:
печь для выпечки вафель	0,1-2,0	120-25-	Оксид углерода, оксиды азота	П2
ремонтно-механический цех:
механическое оборудование	0,5-15,0	18-25	Металлическая пыль	0,5-2,0
			Абразивная пыль	0,6-1,1
вагранка, печь цветного литья	3-15		Диоксид серы	300-1200
			Оксид углерода	700-14000
			Оксид азота	54-150
			Зола	125-9000
Производство казеина:
дробилки, паровые сушилки	П3	18-30	Пыль казеина	1,5-500

Продолжение табл. 4

огневые сушилки	0,3-7,0	130-250	Оксиды азота, диоксид серы, твердые частицы углерода	П2
котельная	5-1000	130-300	То же	П2
Мойка тары и оборудования	П3	30-60	Пары щелочи	0,07-0,6
Очистные сооружения:
жироловки, биостанции	П4	10-25	Сероводород	0,1-30
			Аммиак	2-50
			Метан	До 1 %
хлораторная	П3	18-25	Пары хлора	0,05-0,5

Примечание. П1-концентpация выбрасываемых веществ в трубопропроводе перед поступлением на газоочистные установки; П2-концентpация зависит от типа применяемого топлива и его часового потребления; П3-объем выбросов зависит от производительности аспирационной системы; П4-неоpганизованный выброс.

В мясомолочной промышленности большинство технологических процессов, связанных с тепловой обработкой сырья в присутствии влаги, сопровождается образованием продуктов распада белка, разнообразных по физико-химическому составу и по влиянию на организм человека, особенностью которых является наличие неприятно пахнущих веществ (НПВ). Их выброс может произойти почти на любом этапе переработки животного сырья (особенно в процессах варки, жарки, сушки, копчения, выпарки и т.д.). При этом газопаровоздушная смесь, как правило, наряду с НПВ содержит продукт в пылевидной форме и конденсируемые пары, котоpые сами могут являться источником неприятного запаха. Так, на мясокомбинатах основными источниками загрязнения атмосферы НПВ являются цехи технических и кормовых фабрикатов (утилизационные), в которых перерабатывают отходы всех основных цехов. В данном случае воздушная среда загрязняется значительным количеством НПВ (табл. 5).

На зерноперерабатывающих предприятиях и элеваторах основным ве­ществом, загрязняющим атмосферный воздух, является зерновая, мучная и комбикормовая пыль. Зерновая пыль выделяется на элеваторах и зерноскладах в процессе выполнения операций по приемке, перемещению, очистке и отпуску зерна, в зерносушилках, на мукомольных заводах при подготовке зерна к помолу; на крупозаводах в процессе подготовки и переработки зерна. Мучная пыль выделяется на мукомольных заводах при производстве и складировании муки.

Таблица 5

Характеристика выбросов цеха технических фабрикатов

Компоненты	Концентрация выбросов, мг/м^3	Максима-	ПДК,
НПВ	вентиляционных	технолог.	льная кон-	мг/м^3
	аппаратное	сырьевое	соковые	Центрация,
	от-ние	От-ние	пары	мг/м^3
Аммиак	12-250	7-224			0,2
Сероводород	0,01-5,0	0,04-2,4	7-7000		0,008
Меркаптаны	Следы	0,05-1,0	10-50		9 10^-6
Диметилсульфид	Следы	Следы			0,08
Амины	0,03-5,0	Следы			0,005
Формальдегид	0,01-10	0,06-36,0	7-120		0,035
Фенол	-	0,507,0	Следы		0,01
Кетоны	0,1-2,0	8,0-13,0	5-20		-

Комбикормовая пыль выделяется на комбикормовых предприятиях при транспортировании компонентов комбикормов, выработке комбикормов и белково-витаминных добавок и отпуске готовой продукции.

К источникам выделения пыли на зерноперерабатывающих предприятиях и элеваторах относятся технологическое и транспортное оборудование, зерносушилки, аспирационные и пневмотранспортные установки. Характеристики выбросов от различных видов оборудования зерноперерабатывающих предприятий представлены в табл. 6 и 7.

Таблица 6

Характеристика выбросов от pазличных видов оборудования размольных отделений мукомольных заводов

Наименование аспирируемого оборудования	Концентрация пыли, г/м^3
Пневмотранспортные установки	3,0
Ситовеечные машины	8,0
Вальцовые станки	20,0
Башмаки норий	8,0
Рассева	60,0
Смесители, просеивающие машины, весы	4,0
Магнитные колонки	20,0
Цепные конвейеры, шнеки, аэрожелоба, емкости	2,0

Таблица 7

Характеристика выбросов от pазличных видов оборудования элеватора

Наименование аспирируемого оборудования	Концентрация пыли, мг/м^3
Башмаки норий	2,0
Сбрасывающие коробки подсилосных конвейеров	2,0
Автоматические весы, бункеры, нории	1,2
Поворотные круги, надсепараторные бункеры	0,6
Насыпные лотки надсилосных конвейеров	1,5
Сбрасывающие тележки	0,7
Цепные конвейеры	0,8
Пневмотранспорт отходов	3,0

Ориентировочно количество пыли, выбрасываемой в атмосферу, при выработке муки и крупы составляет 3,2 %, на элеваторах и складах - 3,0 % от количества отходящей от оборудования пыли.

При выработке 1 т комбикормов количество выбрасываемой в атмосферу пыли примерно равно 0,5 кг.

В состав выбросов пищевых предприятий входят различные газо- и парообразные вещества, а также выбросы твердых частиц, разнообразные по своим физико-химическим свойствам и токсичности.

Среди органических веществ можно выделить кислородсодержащие, серусодержащие, азотосодержащие вещества и углеводороды. Основными кислородсодержащими веществами являются:

-карбоновые кислоты (уксусная, пропионовая, масляная, изомасляная, валериановая, изовалериановая);

-альдегиды (уксусный, масляный, капроновый, валериановый, изовалериановый, сукцинальдегид, фурфурол, акролеин);

-кетоны (метилэтилкетон, метилбутилкетон, ацетон, дибутилкетон, метилпропилкетон, метиламилкетон, диацетил);

-спирты и фенолы (этанол, бутанолы, пропанол, фенол, крезолы, пирокатехин, метилпирокатехин);

-эфиры (диметиловые - пирогаллола, н-пирогаллола, н-этилпирогаллола, пропилпирогаллола, амилформиат).

Серусодержащие вещества представлены сульфидами, дисульфидами, (диметилсульфид, диметилдисульфид), меркаптанами (метилмеркаптан, этилмеркаптан). Из азотсодержащих веществ встречаются метиламин, диметиламин, триметиламин, диэтиламин, пиридин, дибутиламин. Среди углеводородов в выбросах пищевых предприятий содержатся метан, этан, бензин, 3,4-бензпирен.

Неорганические вещества в выбросах представлены оксидами серы и азота, сероводородом, аммиаком.

Пыль, выделяющаяся в пищевых производствах, вызывает у людей не только аллергические раздражения, но и общие заболевания. Hапpимеp, установлено, что пыль, образующаяся при сушке дрожжей, способна вызывать заболевания, являющиеся следствием внедрения в организм и последующего размножения в нем жизнеспособных микроорганизмов, а также нарушения, связанные с действием продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, обладающих антибактериальным токсическим действием.

Наиболее актуальна проблема очистки технологических выбросов от пыли при сушке молока и молочных продуктов, хлебопекарных и кормовых дрожжей, сушке и охлаждении сахара-песка, кристаллической глюкозы и т.д. При этих процессах применяются в основном распылительные сушильные установки, сушилки с псевдосжиженным слоем, барабанные сушилки. Интенсификация процесса сушки ведет к увеличению в отработанном воздухе мелкодисперсной пыли, которая большей частью не улавливается существующими пылеотделителями и поступает в атмосферу.

5.2. ГИДРОСФЕРА – СОСТАВНАЯ ЧАСТЬ БИОСФЕРЫ

Состав гидросферы. Понятие гидрологического цикла

Совокупность океанов, морей, озер, рек, болот, а также подземных вод представляет гидросферу, т.е. прерывистую водную оболочку Земли, располагающуюся между атмосферой и твердой земной корой (литосферой). Океаны и моря покрывают почти 3/4 всей земной поверхности и содержат около 94 % всего количества воды на Земле. Остальные 6 % составляют подземные воды (соленые и пресные), ледники, озера, реки и почвенная влага. Но лишь сравнительно небольшая часть из общих запасов воды - пресные воды, пригодные для непосредственного использования в народном хозяйстве.

Пресной называют воду, соленость которой не превышает 1 %, т.е. содержит не более 1 г солей в 1 дм^3. Соленость океанической воды составляет в среднем 35 г/дм³. В табл. 8 показаны единовременные (стационарные) запасы воды в отдельных частях гидросферы. Однако для человека наибольшее значение имеют динамические (возобновляемые) ресурсы пресных вод. Чтобы правильно оценить их, необходимо знание круговорота воды, или гидрологического цикла.

Все части гидросферы связаны между собой в едином круговороте. Его движущая сила - солнечная энергия.

Таблица 8

Распределение воды в гидросфере (по М.И. Львовичу)

Части гидросферы	Объем воды, тыс. км^3	Доля от общего объема, %
Мировой океан		93,96
Подземные воды		4,12
(зоны активного водообмена)		0,27
Ледники		1,65
Озера		0,19
Почвенная влага		0,06
Влага в атмосфере		0,01
Речные воды	1,2	0,0001
Вся гидросфера

По мере того, как молекулы воды на поверхности океана нагреваются под действием солнечного излучения, они постепенно поднимаются в воздух в виде газа.

Подсчитано, что ежесуточно из соленых океанов и морей испаряется примерно 875 км³ пресной воды. По мере поднятия водяных паров они постепенно охлаждаются, конденсируются и образуют облака. После достаточного охлаждения облака освобождают воду в виде дождя или снега, падающих обратно в океан. Часть облаков, однако, движимая ветром, проплывает над сушей, соединяется с испарившейся здесь влагой и также освобождает воду в виде осадка. Таким образом, океан теряет с испарением больше воды, чем получает с осадками; на суше положение обратное. Осадки, выпадающие на сушу, частично просачиваются в почву, частично стекают по поверхности в реку и непосредственно возвращаются в океан - 100 км³ ежесуточно. Грунтовые воды возвращаются на поверхность в виде родников и в результате жизнедеятельности растений (транспирация) табл. 9.

Вода занимает особое положение среди природных богатств Земли - она незаменима. Вода будет необходима во все века и всюду, где существуют земные формы жизни. Особенно возросло значение воды в современный период в связи с интенсивным развитием промышленности, сельского хозяйства и ростом населения.

Таблица 9

Водный баланс земного шара в средний год

Поверхность	Площадь,	Объем, км^3
	млн км^2	Испарение	Осадки	Сток
Земной шар				–
Мировой океан
Суша
В том числе: область стока в океан
Область внутреннего стока, не достигающего океана				–

В табл. 10 приводятся данные о динамике суммарного водопотребления по группам потребителей с 1900 по 2000 г. в мире.

Потребление вод сельским хозяйством и промышленностью в настоящее время достигло огромных размеров. Ежегодно человечество расходует около 5500 км³ пресной воды.

Таблица 10

Суммарное водопотребление (числитель) и безвозвратные потери (знаменатель) в мире (км³/год)

Потребитель
Промышленность
Сельское хозяйство
Изолированные водохранилища
Коммунально- бытовые нужды
Всего

По расчетам специалистов потребность в воде на Земле

до 2000 года будет возрастать, в среднем на 3,1 % в год. С развитием промышленности и увеличением водопотребления растет и количество жидких отходов - сточных вод.

Загрязнение Мирового океана

К середине ХХ в. проблема качества воды в той или иной степени коснулась всех стран. В настоящее время вследствие загрязнения природных вод неочищенными или недостаточно очищенными стоками в ряде стран наблюдается недостаток чистой воды. В настоящее время можно говорить о существовании двух каналов поступления загрязняющих веществ в морскую среду. Первый включает непосредственное поступление тех или иных веществ в моря и океаны или их вынос с речным стоком, который приводит к локальному и региональному загрязнению.

Другой источник загрязнения связан с образованием атмосферного резерва техногенных примесей, т.е. с переходом ряда веществ с суши в атмосферу, их последующим распределением в воздушных массах и выпадением на поверхность океана главным образом с атмосферными осадками. Механизмы образования газообразных и аэрозольных примесей и их поступление на морскую поверхность для разных веществ различны, но во всех случаях происходит глобальное загрязнение Мирового океана.

Гидросфера и атмосфера не имеет границ: массы воды в самой гидросфере и через атмосферу перемещаются во всех направлениях, быстро оказываясь за тысячи километров от того места, где они получили дозу загрязнения. О размерах и соотношениях различных потоков основных ингредиентов в Мировой океан можно судить по данным табл. 11.

Мировой океан является источником богатейших биологических, промышленно-сырьевых и энергетических ресурсов, но их эффективное освоение возможно только в случае радикального решения проблемы защиты океанских вод от загрязнения.

Таблица 11

Характеристики производства и скорости поступления в Мировой океан основных загрязняющих веществ

Вещество	Мировая продук-ция, тыс. т в год	Поток в океан, тыс. т в год	Доля атм. Выпаде-ния от суммарн. потока в океан, %	Природный поток, тыс. т в год
Прямое загрязн. и сток с суши	Атмосфер-ные осадки
Нефть
Свинец		>3		>70
Ртуть		>0.8		>90
Кадмий		>0.1		-	0.5
ДДТ		>1		>25
Альдрин		>1		>25
Фреон		-		-	-

По имеющимся оценкам, общие мировые ресурсы пресной воды составляют: суммарный речной сток 38 - 45 тыс. км³, запасы пресной воды в озерах - 230 тыс. км³, а почвенной влаги - 75 тыс. км³. Ежегодный объем испаряющейся с поверхности планеты влаги (включая транспирацию растениями) оценивается примерно в 500 - 575 тыс. км³, причем 430 - 500 тыс. км³ испаряется Мировым океаном. На долю суши приходится чуть больше 70 тыс. км³ испаряющейся влаги в год; за это же время в виде осадков на все континенты выпадает 110 тыс. км³ воды.

Значительная часть этого объема не может быть утилизирована, так как теряется во время паводков, остается в почве, проникает в подземные водоносные слои и т.д. Только около 14 тыс. км³ пресной воды в год может использоваться в целях водоснабжения - эта незначительная часть водных ресурсов представляет собой устойчивый или базисный годовой сток. Из этого объема воды примерно 5 тыс. км³ приходится на малопригодные для поселений человека (по климатическим условиям) районы. Таким образом, ”чистый” запас пресной воды, из которого человечество может удовлетворить все свои потребности, составляет примерно 9 тыс. км³ в год.

Наиболее богата водными ресурсами на единицу площади Южная Америка, затем следует Европа, Азия, Северная Америка. Несмотря на то, что водные ресурсы распределены неравномерно, имеющихся на Земле запасов вполне достаточно, чтобы обеспечить возрастающие потребности людей в течение неопределенно продолжительного времени. Но для того, чтобы это стало реальностью при современном уровне научно-технического прогресса, приводящего к критической ситуации с загрязнением гидросферы, необходимо, в первую очередь, принятие законодательств по использованию и охране водных ресурсов с жесткими экономическими требованиями – в отношении водопотребителей: во-вторых, конечно, совершенствование "сухих" технологий, методов очистки сточных вод и систем водоснабжения.

Дата добавления: 2014-01-11