Охорона навколишнього середовища. Розділ 4. Хімія навколишнього середовища

Розділ 4. Хімія навколишнього середовища

Охорона повітряного басейну

Шкідливі домішки, які надходять в атмосферу, поділяються на 2 групи: а) завислі частинки (аерозолі); б) газо- і пароподібні речовини.

До першої групи належать завислі частинки неорганічного й органічного характеру і малолеткі частинки рідини, які у повітрі утворюють стійкі тумани. Забруднення неорганічного походження – це найдрібніші частинки руд, пустої породи, алюмосилікатів, різних солей, мінеральних добрив, ґрунту та інших речовин. Аерозолі органічного походження – це пиловидні викиди кам’яного вугілля, сланців, торфу, деревини, сажі, гуми, асфальту, засобів захисту рослин. Тумани утворюють кислоти (сульфатна, фосфатна) та їх оксиди, які розчиняються у водяній парі повітря, а також важкі рідкі залишки, що викидаються в атмосферу нафтопереробними підприємствами, транспортом, сільськогосподарською авіацією.

Друга група – це газо- й пароподібні забруднювачі: галогени і галогенопохідні, газоподібні оксиди, альдегіди, кетони, спирти, етери, естери, вуглеводні, аміни, меркаптани, гідроген сульфід та багато інших компонентів, переважно органічного походження.

Більш оптимальний спосіб захисту атмосфери від шкідливих викидів – це раціональна організація нових виробничих процесів і вдосконалення існуючих. Вчені працюють над тим, щоб повністю виключити або максимально скоротити попадання шкідливих газів у навколишнє середовище. Цього можна досягти: а) застосуванням замкнутих циклічних схем окремих процесів і всього виробництва; б) впровадженням безвідхідних процесів на основі комплексного використання сировини й відходів; в) удосконаленням апаратури, установок, механізмів; г) переходом до нових джерел енергії. Так, кольорова металургія вже тепер утилізує оксиди сульфуру для виробництва сульфатної кислоти (близько 30%), які раніше викидалися в атмосферу.

У металургії істотного скорочення шкідливих викидів в атмосферу можна досягти за рахунок переходу на безкоксовий спосіб прямого відновлення руди з наступним виплавлянням сталі в електропечах.

Повітряні басейни міст і населених пунктів стануть значно чистішими, якщо перейти до централізованого опалення і заміни твердого палива на газоподібне, яке набагато менше забруднює повітря. Щодо автотранспорту, то потрібно вдосконалювати двигуни внутрішнього згоряння, використовувати пристрої для нейтралізації вихлопних газів, відмовитися від метилування бензину, замінити двигуни, які працюють на ньому, іншими видами двигунів, що можуть працювати на зрідженому газі, водні, електричній енергії, застосовувати каталізатори доокиснення СО → СО₂ (табл. 4.1).

Таблиця 4.1 – Знешкодження газоподібних відходів

Продукт, що знешкоджується	Способ очистки	Ступінь очистки, %
Нітроген (ІV) оксид	Адсорбція сульфатною кислотою (w (H2SO4) = 75-90 %) в пінних апаратах Каталітичне окиснення Адсорбція на вугіллі
Нітратна кислота	Центрифугування
Апатит	Адсорбція в пінних апаратах	98,5
Ацетон	Каталітичне окиснення на мідно-хромовом каталізаторі	80-100
Бензен	Каталітичне окиснення	85-100
Метиловий спирт	Каталітичне окиснення	85-100
Сульфатна кислота	Центрифугування
Гідроген сульфід	Абсорбція розчином моноетаноламіну	99,5
Сульфур (ІV) оксид	Адсорбція гідроксидами лужних металів
Карбон (ІV) оксид	Абсорбція водой в скруберах
Карбон (ІІ) оксид	Абсорбція мідно-амоніачним ацетон-карбонатним розчином	99,9
Сажа	Фільтрування кріз паперовий фільтр
Фенол	Каталітичне окиснення
Формальдегід	Абсорбція розчином уротропіну (w (урот.) = 30 %)
Цемент	Улавлювання інерційному пилоуловлювачі

Проте сучасний стан техніки й технології ще не дає можливості повністю запобігти викидам шкідливих речовин в атмосферу. Тому більш доступним засобом захисту повітря є поки що різноманітні газоочисні споруди, пиловловлювачі, фільтри, промивні та вбирні башти тощо, а також широке озеленення міст і населених пунктів.

Охорона водного басейну

Основні джерела забруднення води поділяються на три групи: а) хімічні-кислоти, луги, солі, пестициди, мийні засоби, феноли та інші органічні речовини, деякі катіони; б) біологічні – бактерії, віруси, інші хвороботворні організми, водорості, фекалії, лігнін; в) фізичні – радіоактивні частинки, завислі тверді речовини, пісок, шлам та інше. Вони можуть входити до складу різних стічних вод і зумовлювати їх токсичну дію на біосферу. Відомі факти, коли в організмі риб виявлено ртуть або радіонукліди. У деяких річках трапляються так звані мертві частини, тобто вони настільки забруднені, що в них відсутня необхідна кількість кисню для розмноження і розвитку бактерій, які беруть участь у розкладанні хімічних забруднювачів.

Неорганічні забруднювачі, потрапляючи у водойми, змінюють властивості води, впливають на живі організми, утворюють нерозчинні осади. Органічні забруднювачі викликають окиснювальні процеси, на які витрачається розчинений у воді кисень, що призводить до дефіциту кисню, необхідного для життя рослин та інших живих організмів.

Забруднення водойм стічними водами завдає шкоди багатьом галузям народного господарства і створює дефіцит чистої питної води. Нестача питної води спричиняється й тим, що промисловість споживає багато прісної води. Більш радикальний спосіб охорони водойм від виснаження і забруднення – це різке зменшення промислових стічних вод, аж до повної їх ліквідації на основі циркуляційних процесів, що працюють за замкнутим циклом водопостачання, тобто широке впровадження без стічних виробництв.

Способи очищення стічних вод поділяються на 4 групи: механічні, фізико-хімічні, хімічні та біологічні.

Механічні способи – проціджування, відстоювання,фільтрування – застосовують для очищення води від крупнодисперсних завислих частинок. Для цього використовують решітки, відстійники, гідроциклони, фільтри.

Фізико-хімічні способи використовують для очищення води від речовин у колоїдному та дрібнодисперсному стані. Вони ґрунтуються на відмінності властивостей води і домішок, які в ній містяться. До таких способів належать флотація, коагуляція, екстракція розчинниками, дистиляція, ректифікація, адсорбція, осмос та інші.

Хімічні способи очищення стічних вод полягають у нейтралізації кислот і лугів, осадженні домішок. При хімічному очищенні відбуваються реакції окиснення-відновлення, осадження, конденсації та ін. Хімічні способи характеризуються великим витрачанням реагентів, використанням громіздкої апаратури, особливо відстійників. Крім того, виникає проблема зберігання і використання утворених осадів. З хімічних способів очищення води важливе значення мають хлорування і озонування промислових стоків і питної води (табл. 4.2).

Біологічні способи найбільше використовуються для очищення промислових і побутових стічних вод. З цією метою застосовують різні види мікроорганізмів (активний мул), які вловлюють шкідливі домішки і переробляють їх на нешкідливі – воду, оксиди карбон (IV) оксид, нітрат- і сульфат-іони. Існує два основних методи біологічного очищення: аеробний – при безперервному надходженні кисню повітря й анаеробний – при відсутності кисню.

Найбільшого розповсюдження набув біохімічний спосіб аеробного очищення стічних вод. Він вимагає певних умов реалізації: щоб температура була не вищої за 40º С, кислотність середовища у межах рН=5,5-8,5, вміст кисню у воді не менше 1 мг/дм³, щоб відбувалось інтенсивне перемішування для підтримки активного мулу в завислому стані і проводилося додаткове введення сульфату й нітрату амонію, карбаміду, суперфосфату для нормального життя мікроорганізмів. Цей спосіб дає можливість досягти повного окиснення й знешкодження стічних вод, використовуючи просте апаратурне оформлення. Він характеризуються невеликими експлуатаційними витратами. Недолік – мала швидкість окиснення, яка спричиняється великими обсягами очисних споруд: аеротенків, біологічних ставків, біологічних фільтрів.

Таблиця 4.2 – Знешкодження стічних вод

Продукт, що знешкоджується	Способ очистки	Ступінь очистки, %
Ароматичні органічні сполуки	Адсорбція на вугільних фільтрах
Ацетон	Біохімічне окиснення
Грубодисперсні домішки	Відстювання
Ферум (ІІІ) гідроксид	Фільтрування кріз шар допоміжних матеріалів
Ферум (ІІ) солі	Хлорування
Манган (ІІ) солі	Хлорування	99,9
Масла	Відстоювання	65-95
Мінеральні солi (NaCl, K2SO4 та ін.)	Сорбція на аніонітах	99,9
Нафта	Фільтрування кріз пісок Улавлювання у нафто пастках Біохімічне окиснення	50-90 99,9
Гідроген сульфід	Віддування повітрям з води
Фенол	Екстракція Озонування Біохімічне окиснення
Формальдегід	Біохімічне окиснення

Охорона ґрунтів

Ґрунт – одне з найцінніших багатств природи. Із загальної площі суші лише 10 % припадає на землі, 17 % становлять луки і пасовиська, 28 % – ліси і 45 % – це непридатні для землеробства території (пустелі і напівпустелі, льодовики та ін.). До того ж під впливом господарської діяльності людини земельний фонд має тенденцію до скорочення. Землі, що обробляються, дають людству 80 % харчових ресурсів. Тому бережливе ставлення до земельного фонду – життєва необхідність людства. Захист ґрунтів і взагалі земельних надр має важливе значення для збереження і відтворення флори і фауни, корисних копалин. Але під впливом господарської діяльності людини відбувається забруднення ґрунтів стічними водами і твердими відходами підприємств, побутовими відходами, внесення надлишків добрив і пестицидів, атмосферними опадами, які забруднені шкідливими викидами хімічних і інших підприємств. Все це згубно впливає на рослинний і тваринний світ. Адже речовини, що надійшли у ґрунт потрапляють в організми людини через середовища, які контактують з ґрунтом, водою, повітрям по біологічних ланцюгах: ґрунт – рослини – людина. Тому і для ґрунтів розроблені гранично допустимі концентрації (ГДК – найбільша концентрація речовини, яка не завдає шкоди живим організмам на протязі тривалого часу) речовин з урахуванням не тільки небезпеки, яку вони становлять при безпосередньому контакті, а й наслідки вторинного забруднення середовищ, що контактують із ґрунтом. Наприклад, відомі випадки отруєння людей в Японії сполуками Кадмію через рис, що вирощувався на полях, зрошуваних водами, в які надходили неочищені стоки алюмінієвих підприємств.

Найголовніші заходи щодо охорони ґрунтів від забруднень такі:

1. Зниження шкідливих викидів в атмосферу і зменшення забруднених стічних вод.

2. Розміщення відвалів на ділянках землі, які не мають господарського значення (яри, заплави).

3. Поховання особливо шкідливих відходів, у тому числі радіоактивних, у геологічно ізольовані шари.

4. Суворе додержання науково обґрунтованих методик внесення добрив і обробки рослин пестицидами.

Короткий огляд питань охорони природи від забруднень дає можливість встановити, що найголовніший напрям подальшого прогресу в захисті навколишнього середовища – переведення промислових підприємств, і в першу чергу хімічних, у безвідхідні виробництва на основі комплексного використання всіх компонентів вихідної сировини за замкнутою циклічною схемою.

Дата добавления: 2014-12-07