Охрана природы
СОДЕРЖАНИЕ: Вклад в науку Дарвина – английского естествоиспытателя. Правовые основы рационального использования недр. Мониторинг геологической среды. Экологический паспорт предприятия. Использование альтернативных видов топлива. Основные методы очистки воздуха.Содержание
1.Вклад в науку. Дарвин Чарльз – английский естествоиспытатель.
2.Правовые основы охраны и рационального использования недр. Мониторинг геологической среды.
3.Экологический паспорт предприятия.
4.Использование альтернативных видов топлива.
5.Основные методы очистки воздуха от газа.
1 вопрос. Вклад в науку. Дарвин Чарльз - английский естествоиспытатель
На Земле существуют не менее 2 млн. видов животных, до 0, 5 млн. видов растений, сотни тысяч видов грибов и микроорганизмов. Как возникло великое многообразие видов и приспособленность их к среде обитания? Ответ дает научная теория эволюции живой природы, основы которой в 19 в. Заложил великий английский ученый Чарльз Дарвин.
Возникновение учения Ч. Дарвина способствовали общественно-экономическиепредпосылки. В первой половине 19 в. в странах Западной Европы, особенно в Англии, интенсивно развивался капитализм, который дал импульс развитию науки, промышленности , техники. Спрос промышленности на сырье растущих городов, на продукты питания способствовал развитию сельского хозяйства.
Другая предпосылка появления дарвинизма - успехи естественных наук.Описания систематических групп живых организмов приводили к мысли о возможности их родства. У многих животных сравнением установили единый план в строении тела и органов. Исследования ранних стадий развития зародышей хордовых выявили их поразительное сходство. Изучение ископаемых растений и животных раскрыло последовательную смену низкоорганизованных форм жизни более высокоорганизованными.Обширные материалы заморских экспедиций, выведение новых пород животных и сортов растений не согласовывались с метафизическим мировоззрением. Нужен был гениальный ум, который сумел бы обобщить огромный материал в свете определенной идеи, связать стройной системой рассуждений. Таким ученым оказался Чарльз Дарвин (1809-1882).
С детства Ч. Дарвин увлекался сбором коллекций, химическими опытами, наблюдениями за животными. Студентом изучал научную литературу, овладел методикой полевых исследований. Ч. Дарвин на корабле Бигл(англ. -ищейка) совершил кругосветное путешествие. Он исследовал геологическое строение, флору и фауну многих стран, отправил в Англию огромное количество коллекций.
В Южной Америке, сравнив найденные останки вымерших животных ссовременными, Ч. Дарвин предположил их родство. На Галапагосских островах он нашел нигде более не встречающиеся виды ящериц, черепах, птиц. Они близки к южноамериканским. Галапагосские острова вулканического происхождения, и потому Ч. Дарвин предположил, что на них виды попали с материка и постепенно изменились. В Австралии его заинтересовали сумчатые и яйцекладущие, которые вымерли в других местах земного шара. Австралия как материк обособилась, когда еще не возникли высшие млекопитающие. Сумчатые и яйцекладущие развивались здесь независимо от эволюции млекопитающих на других материках. Так постепенно крепло убеждение в изменяемости видов и происхождении одних от других. Первые записи о происхождении видов Дарвин сделал во время кругосветного путешествия.
После путешествия Дарвин в течение 20 лет упорно работал над созданием эволюционного учения и опубликовал его в труде Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь(1859). В дальнейших произведениях Дарвин развивал и углублялразличные стороны основной проблемы - происхождение видов. В книге Изменение домашних животных и культурных растений на огромном фактическом материале он показал закономерности эволюции пород домашних животных и сортов культурных растений.
В труде Происхождение человека и половой отбор Дарвин применилэволюционную теорию для объяснения происхождения человека от животных.
Дарвину принадлежат капитальные труды по ботанике, зоологии и геологии, в которых детально разработаны отдельные вопросы эволюционной теории.
Главная заслуга Дарвина в том, что он раскрыл движущие силы эволюции. Онматериалистически объяснил возникновение и относительный характер приспособленности действием только естественных законов, без вмешательства сверхъестественных сил. Учение Дарвина в корне подрывало метафизические представления о постоянстве видов и сотворении их богом. Каковы же движущие силы эволюции пород домашних животных, сортов культурных растений и видов в дикой природе?
Движущие силы эволюции пород и сортов - наследственная изменчивость и производимый человеком отбор. Дарвин установил, что различные породы животных и сорта культурных растений созданы человеком в процессе искусственного отбора. Из поколения в поколение человек отбирал и оставлял на племя особей с каким-либо интересным для него изменением, обязательно наследственным, и устранял других особей от размножения. В результате были получены новые породы и сорта, признаки и свойства которых соответствовали интересам человека.
Нет ли подобного процесса в природе? Организмы размножаются вгеометрической прогрессии, но до половозрелого состояния доживают относительно не многие. Значительная часть особей погибает, не оставив потомства совсем или оставив малое. Между особями как одного вида, так и разных видов возникает борьба за существование, под которой Дарвин понимал сложные и многообразные отношения организмов между собой и с условиями окружающей среды. Он имел в виду не только жизнь одной особи, но и успех ее в обеспечении себя потомством.
Следствием борьбы за существование является естественный отбор. Этим термином Дарвин назвал сохранение благоприятных индивидуальных различий и изменений и уничтожение вредных.
Борьба за существование и естественный отбор на основе наследственной изменчивости является, по Дарвину, основными движущими силами(факторами)эволюции органического мира.
Индивидуальные наследственные уклонения, борьба за существование и естественный отбор в длинном ряду поколений приведут к изменению видов в направлении все большей приспособленности к конкретным условиям существования. Приспособленность организмов всегда относительна.
Другим результатом естественного отбора является многообразие видов, населяющих Землю.На основе дарвинизма перестраивались все отрасли биологической науки.
Палеонтология стала выяснять пути развития органического мира; систематика
- родственные связи и происхождение систематических групп; эмбриология - устанавливать общее в стадиях индивидуального развития организмов в процессе эволюции; физиология человека и животных - сравнивать их жизнедеятельность и выявлять родственные связи между ними.
В начале 20 в. началось экспериментальное изучение естественного отбора, быстро развивались генетика, экология. Идеи Дарвина в России встретили поддержку передовой интеллигенции. В вузах либеральная часть профессуры перестраивала курс зоологии и ботаники в свете дарвинизма. Появились статьив журналах, освещавшие учение Дарвина. В 1864 г. Происхождение видов впервые было опубликовано на русском языке.
2 вопрос. Правовые основы охраны и рационального использования недр. Мониторинг геологической среды
Право окружающей среды является комплексной отраслью в системе российского права. Иногда ее называют суперотраслью. При оценке данной отрасли важно иметь в виду, что она включает в себя ряд самостоятельных отраслей права, признанных в таком качестве, – земельное, водное, горное, воздух охранительное, лесное и фаунистическое.
Недра представляют собой часть земной коры, расположенной ниже почвенного слоя, а при его отсутствии – ниже земной поверхности и дна водоемов и водотоков, простирающейся до глубин, доступных для геологического изучения и освоения (Закон РФ от 21 февраля 1992 г. № 2395-1 «О недрах»)
Недра в границах территории России, включая подземное пространство и содержащиеся в недрах полезные ископаемые, энергетические и иные ресурсы, являются государственной собственностью. Вопросы владения, пользования и распоряжения недрами находятся в совместном ведении России и субъектов Федерации. Участки недр не могут быть предметом купли-продажи, дарения, наследования, вклада, залога или отчуждаться в иной форме. Права пользования недрами могут отчуждаться или переходить от одного лица к другому в той мере, в какой их оборот допускается федеральными законами.
Добытые из недр полезные ископаемые и иные ресурсы по условиям лицензии могут находиться в федеральной государственной собственности, собственности субъектов Федерации, муниципальной, частной и в иных формах собственности.
Государственный фонд недр составляют используемые участки, представляющие собой геометризованные блоки недр, и неиспользуемые части недр в пределах территории России и ее континентального шельфа.
Основной задачей государственного регулирования отношений недропользования является обеспечение воспроизводства минерально-сырьевой базы, ее рационального использования и охраны недр в интересах нынешнего и будущих поколений народов России. Реализация общей федеральной политики недропользования возлагается на федеральный орган управления государственным фондом недр и его территориальные подразделения по согласованию с субъектами Федерации.
Управление государственным фондом недр в настоящее время возложено на Федеральное агентство по недропользованию, подведомственное Министерству природных ресурсов РФ.
Закон «О недрах» (ст. 23) определяет основные требования по рациональному использованию и охране недр. Это:
– соблюдение установленного законодательством порядка предоставления недр в пользование и недопущение самовольного пользования недрами;
– обеспечение полноты геологического изучения, рационального комплексного использования и охраны недр;
– проведение опережающего геологического изучения недр, обеспечивающего достоверную оценку запасов полезных ископаемых или свойств участка недр, предоставленного в пользование в целях, не связанных с добычей полезных ископаемых;
– проведение государственной экспертизы и государственный учет запасов полезных ископаемых, а также участков недр, используемых в целях, не связанных с добычей полезных ископаемых;
– обеспечение наиболее полного извлечения из недр запасов основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых и попутных компонентов;
– достоверный учет извлекаемых и оставляемых в недрах запасов основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых и попутных компонентов при разработке месторождений полезных ископаемых;
- охрана месторождений полезных ископаемых от затопления, обводнения, пожаров и других факторов, снижающих качество полезных ископаемых и промышленную ценность месторождений или осложняющих их разработку; ------- предотвращение загрязнения недр при проведении работ, связанных с пользованием недрами, особенно при подземном хранении нефти, газа или иных веществ и материалов, захоронением вредных веществ и отходов производства, сбросе сточных вод;
- соблюдение установленного порядка консервации и ликвидации предприятий по добыче полезных ископаемых и подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых; предупреждение самовольной застройки площадей залегания полезных ископаемых и соблюдение установленного порядка использования этих площадей в иных целях;
- предотвращение накопления промышленных и бытовых отходов на площадях водосбора и в местах залегания подземных вод, используемых для питьевого или промышленного водоснабжения.
Геологическая среда –верхняя часть литосферы, находящаяся в пределах интенсивного влияния инженерно-хозяйственной деятельности. Поэтому для построения мониторинга литосферы в первую очередь встает задача построения мониторинга геологической среды , который в настоящее время назван геоэкологическим мониторингом.
Главными целями программы геоэкологического мониторинга являются, во-первых, получение, хранение и обработка информации о современном состоянии, свойствах, структуре геологической среды, а также о типах и интенсивности её изменений, вызванных в первую очередь процессами техногенеза; во-вторых, использование полученной информации для выяснения причин активизации природно-техногенных процессов и составления прогнозов их развития, в-третьих, обеспечение информацией о геологической среде, мероприятий по охране, рациональному использованию и управлению природной средой, рациональное использование возобновимых и особенно невозобновимых ресурсов, защита литосферы в кратко- и долгосрочной перспективе.
По объектам наблюдения геологический мониторинг подразделяется на:
- мониторинг горных пород,
- мониторинг подземных вод,
- мониторинг недр,
- мониторинг рельефа.
Оценка и изучение техногенных изменений состава, структуры и свойств горных пород имеет важное экологическое значение.
Интенсивное техногенное воздействие на природные комплексы (орошение, осушение, разработка полезных ископаемых, развитие перерабатывающих производств) определяет повышенную нагрузку, в частности, на подземные воды.
Мониторинг подземных вод по целям (охрана подземных вод от истощения и загрязнения) принципиально отличен от мониторинга поверхностных вод. В то же время подземные воды, являясь наиболее динамичной частью литосферы, гидравлически связаны с поверхностными, что требует обязательного методического единства контроля уровненного, химического и термического режима тех и других. К определению количественных характеристик этих трёх режимов как в пространстве, так и во времени и сводится мониторинг подземных вод. В настоящее время недра это не только источник минерально-сырьевых ресурсов, но и место размещения и захоронения промышленных и хозяйственно-бытовых отходов, хранилищ нефти и газа, среда возведения подземных сооружений, создания заповедников и памятников природы. Разноцелевое и с каждым годом всё более интенсивное освоение подземного пространства оказывает значительное воздействие на экосистемы и все их компоненты.
Функционально геологический мониторинг состоит из трех подсистем:
1) Подсистема получения информации о структуре и свойствах геологической среды.
2) Подсистема наблюдения и контроля за изменениями состояния геологической среды.
3) Подсистема оценки и прогноза состояния геологической среды.
Реализация геоэкологического мониторинга позволяет:
- по другому осмыслить и пересмотреть существующую структуру организации работы и , в первую очередь, геоэкологических изысканий и исследований;
- увязать все проводимые геоэкологические исследования в единую систему с основной задачей – охрана и рациональное использование природной среды;
- конкретизировать цели и задачи отдельных видов исследований и целых направлений;
- выделять первоочередные проблемы и задачи геоэкологических исследований и соответственно перераспределять объемы финансирования и использования недр.
3 вопрос. Экологический паспорт предприятия
Экологический паспорт предприятия - нормативно-технический документ, содержащий характеристику взаимоотношений предприятия с окружающей средой. Содержит общие сведения о предприятии, используемом сырье, описание технологических схем выработки основных видов продукции, схем очистки сточных вод и аэровыбросов и т.д., а также перечень планируемых мероприятий, направленных на снижение нагрузки на окружающую среду. Экологический паспорт промышленного предприятия используется в целях государственного экологического контроля.
Структура экологического паспорта определяется ГОСТ 17.0.0.04-90 Охрана природы. Экологический паспорт промышленного предприятия. Основные положения [50а].
В экологическом паспорте предприятия отражены его экономические, технологические характеристики, вопросы использования природных ресурсов и воздействия на окружающую среду.
Краткая природно-климатическая характеристика района расположения предприятия включает :
- характеристику климатических условий;
- характеристику состояния воздушного бассейна, включая фоновые концентрации в атмосфере;
- характеристику источников водозабора и приемников сточных вод, фоновый химический состав вод водных объектов.
Природно-климатическая характеристика составляется на основе данных Государственных кадастров и ежегодников качества атмосферного воздуха и поверхностных вод суши, а также базовой информации о соответствующей биогеохимической провинции.
Краткую характеристику производства, сведения о продукции иллюстрируют балансовой схемой материальных потоков, что позволяет оценить потенциальные источники потерь, неполного использования сырья и загрязнения окружающей среды.
В описание характера использования земельных ресурсов наряду с землями, отведенными под здания и сооружения, непременно включают земельный отвод под хранилища отходов, накопители сточных вод, а также размер санитарно-защитной зоны и озелененных участков. Характеристика сырья, используемых материальных и энергетических ресурсов включает сведения о химическом составе сырья и энергоресурсов и их расходе - годовом и на единицу производимой продукции, что позволяет оценить энерго- и материалоемкость производства.
Характеристика выбросов в атмосферу отражает состав, качественное и количественное содержание загрязняющих атмосферу веществ, содержащихся в выбросах предприятия.
Отдельно в виде справки с указанием времени, объемов и состава приводят данные о залповых выбросах в атмосферу загрязняющих веществ.
Этот раздел представляет собой базу данных для расчета величины ущерба от загрязнения атмосферы и платежей за нормативные, сверхнормативные и залповые выбросы. Кроме того, информация раздела учитывается при разработке локальных программ оперативного мониторинга атмосферного воздуха.
Характеристика водопотребления, водоотведения, состояния водоочистных сооружений отражает объемы, удельные нормативы, состав, качественные и количественные характеристики содержания загрязняющих веществ в сточных водах предприятия. Отдельно в виде справки с указанием времени, объемов и состава приводят данные о залповых и аварийных сбросах (сливах) загрязняющих веществ, в том числе в почву, водные объекты, канализационные сети, на очистные сооружения, отстойники, отдельные емкости и т.п.
На основании данных этого раздела рассчитывают величины ущерба от загрязнения гидросферы и платежей за сбросы сточных вод.
Характеристику отходов, перечень полигонов и накопителей, предназначенных для захоронения (складирования), приводят с учетом данных о технологическом процессе, в котором образуются отходы, их физико-химических параметров, классе опасности, обезвреживании и использовании на предприятии.
Отдельно в виде справки с указанием времени, объема, состава и места приводятся данные о внеплановых и аварийных случаях сброса в почву, в водные объекты, вывоза, захоронения (складирования) загрязняющих веществ.
Сведения о рекультивации нарушенных земель с указанием целей рекультивации приводятся в отдельном приложении.
Сведения о транспорте, с описанием внутризаводского транспорта, приводят с учетом характеристики передвижных средств, среднегодового пробега, удельных и годовых выбросов (включая СО, оксиды азота, углеводороды, пары топлива, тетраэтилсвинец, полициклические углеводороды, сажу).
Оценка воздействия на окружающую среду осуществляется предприятием на основании действующих нормативно-технических документов.
Сведения об эколого-экономической деятельности предприятия включают данные о затратах на природоохранные мероприятия, их эффективности и основываются на действующих методах оценки.
Данные о платежах предприятия за загрязнение окружающей среды, порядок определения и применения нормативов платы за выбросы (сбросы) приводят в специальном разделе.
Составление экологического паспорта требует проведения инвентаризации источников воздействия на окружающую среду на территории предприятия. На основании учета источников разрабатываются меры контроля и поэтапного снижения воздействия.
4 вопрос. Использование альтернативных видов топлива
История развития человечества теснейшим образом связана с получением и использованием энергии. Издавна в качестве основных источников энергии, использовались дрова (и сейчас тоже), торф, древесный уголь, вода, ветер. Также с древнейших времен известны уголь и нефть.
История нефти насчитывает тысячи лет. Различные памятники древности свидетельствуют о том, что Она применялась задолго до нашей эры. Так, обнаружены (раскопками) следы нефтяного промысла, существовавшего за 6-4 тысячи лет до нашей эры на берегу Ефрата. Нефтяная смола здесь применялась в качестве цемента при постройке города УР и как гидроизоляция при возведении тоннеля под рекой Евфрат.
Практическая ценность топлива определяется количеством теплоты, выделяющимся при его полном сгорании.
(Так при сгорании 1 кг древесины выделяется теплота, равная 10,2 мДж/кг, каменного угля -22 мДж/кг, бензина - 44 мДж/кг.)
Основной недостаток природного топлива - его крайне медленнаявосполняемость. Существующие ныне запасы образовывались десятки и сотни миллионов лет назад. В тоже время добыча топлива непрерывно увеличивается.
Шведские ученые полагают, что бытующее представление об общемировых природных запасах нефти в размере 18 трлнбарр., из которых до настоящего времени был израсходован только 1 трлн, является совершенно нереалистичным. Согласно их данным, в настоящий момент мировые запасы нефти составляют всего 3,5 трлнбарр. Если учесть, что ежегодно человечество потребляет около 25 млрд. барр. нефти и эта цифра имеет тенденцию к росту, предположение, что кризис ресурсов возможен уже в ближайшие 2-3 десятилетия, видится вполне обоснованным. По самым пессимистичным подсчетам Межправительственной группы по климатическим изменениям, мировые ресурсы нефти на данный момент составляют 5 трлнбарр. (03.10.2003)
Истощение не грозит гидроэнергетическим ресурсам - в отличие от органического топлива они непрерывно возобновляются. Но гидроэнергетические ресурсы неспособны, дать необходимое количество энергии.
Вот почему важнейшей проблемой энергетики стала проблема изыскания новых источников энергии, в частности ядерной энергии, энергии солнечного излучения, внутреннего тепла Земли.
Одним из перспективных источников энергии является водород. Его выделяют из обыкновенной воды, и это не единственный способ его получения, он хорошо хранится и транспортируется в газообразном, жидком и твердом виде. Газ удобно хранить в подземных хранилищах, жидкость - в резервуарах. Одного резервуара объемом 3500м в кубе хватало бы для снабжения энергией в течение целого года небольшого городка с 20-ти тысячным населением.
Для того чтобы получать водород в больших количествах необходимо в дали от населенных пунктов на берегу моря можно поставить мощные атомные, а в будущем термоядерные реакторы. При этом энергия атома пойдет не только для производства электроэнергии, но и на разложение воды. По одному трубопроводу диаметром 900 мм можно передать энергопоток мощностью свыше 12000 мВт.
Учёные Научно-исследовательского института энергетики США работают над проектом сверхпроводящей энергосети для доставки электричества и водородного топлива по всей стране. Способность к передаче больших объёмов энергии и доставка альтернативного топлива - водорода – делает новую сеть очень перспективной сетью. Её внедрение значительно ускорило бы отказ от традиционного сжигания углеводородов.
Переход на водородное топливо имеет и еще одну привлекательную сторону. Если каменный уголь, нефть, газ расходуется безвозвратно, то водород может участвовать в круговороте энергии сколько угодно: сгорая, он, превращается в водяной пар, затем в воду.
Все идет к тому, что основным топливом в автомобильных двигателях станет электричество. Вот только как его получить? По всей видимости, самым эффективным, компактным и безвредным способом является использование водорода в так называемых топливных элементах.
Топливный элемент - это электрохимическое устройство, которое превращает топливо в электричество без горения. В качестве топлива можно использовать природный газ, метанол, бензин или нефть. При работе топливный элемент выделяет только тепло и водяной пар.
Идея их использования не так уж и нова. Еще в 1839 году англичанин сэр Уильям Гроув разработал принципы их функционирования. Начиная с 60-х NASA стала использовать щелочные топливные элементы в космосе. И уже сейчас серийно выпускаются электростанции на топливных элементах с мощностью до 200 кВт.
У топливных элементов есть несколько больших преимуществ. Во-первых, они намного более эффективны по сравнению с любыми другими способами генерации электрической энергии, особенно - с двигателями внутреннего сгорания. Электроэнергия в элементах вырабатывается непосредственно из химических реакций. В этом случае не требуется промежуточных механических звеньев, использующихся в большинстве электростанций и снижающих эффективность. Кроме того, следует отметить экологическую чистоту и удобство топливных элементов. Они не выделяют токсичных веществ и работают практически бесшумно.
Пока что получение водорода современными методами (из природного газа или электролизом воды) требует больше энергии, чем полученный водород может дать. Тем не менее, после исчерпания месторождений источников нефти и газа он может стать единственным доступным видом автомобильного топлива. Именно по этой причине, практически все крупные автомобильные компании вкладывают в разработку двигателей на водороде огромные средства.
Также на сегодняшний день в науке уже много лет разрабатывается проблема использования для целей энергетики термоядерных реакций как гигантских источников энергии. Ученые стремятся научиться контролировать ход термоядерной реакции. О величине термоядерной энергии можно судить по такому сравнению: вступление в синтез 1 г. изотопов водорода эквивалентно сгоранию 10 тонн бензина.
Но и здесь есть свои подводные камни, для того чтобы осуществить термоядерную реакцию нужно построить огромный завод, оснастить его надежным оборудованием и высоко квалифицированной рабочей силой, что, как нам известно, не очень дешево, и это все, если не брать проблемы бюрократического и экологического характера.
Так что сейчас у человечества есть много путей, по которым можно пойти. Кроме рассмотренных в этой работе вариантов есть и многие другие пути, которые уже разработаны или еще разрабатываются, но не рассмотрены в этой работе и решать по какому пути пойдет население планеты предстоит решать новым ученым, изобретателям и инженерам, возможно выпускникам МГАТХТ.
5 вопрос. Основные методы очистки воздуха от газа
В настоящее время разработано и опробовано в промышленности большое количество различных методов очистки газов от технических загрязнений: NOx, SO2, H2S, NH3, оксида углерода, различных органических и неорганических веществ.
Опишем эти основные методы и укажем их преимущества и недостатки.
Абсорбционный метод.
Абсорбция представляет собой процесс растворения газообразного компонента в жидком растворителе. Абсорбционные системы разделяют на водные и неводные. Во втором случае применяют обычно малолетучие органические жидкости. Жидкость используют для абсорбции только один раз или же проводят ее регенерацию, выделяя загрязнитель в чистом виде. Схемы с однократным использованием поглотителя применяют в тех случаях, когда абсорбция приводит непосредственно к получению готового продукта или полупродукта. В качестве примеров можно назвать: получение минеральных кислот (абсорбция SO3 в производстве серной кислоты, абсорбция оксидов азота в производстве азотной кислоты); получение солей (абсорбция оксидов азота щелочными растворами с получением нитрит-нитратных щелоков, абсорбция водными растворами извести или известняка с получением сульфата кальция); других веществ (абсорбция NH3 водой для получения аммиачной воды и др.).
Схемы с многократным использованием поглотителя (циклические процессы) распространены шире. Их применяют для улавливания углеводородов, очистки от SO2 дымовых газов ТЭС, очистки вентгазов от сероводорода железно-содовым методом с получением элементарной серы ,моноэтаноламиновой очистки газов от CO2 в азотной промышленности.
В зависимости от способа создания поверхности соприкосновения фаз различают поверхностные, барботажные и распыливающие абсорбционные аппараты.
Наибольшее распространение получили насадочные (поверхностные) и барботажные тарельчатые абсорберы. Для эффективного применения водных абсорбционных сред удаляемый компонент должен хорошо растворяться в абсорбционной среде и часто химически взаимодействовать с водой, как, например, при очистке газов от HCl, HF, NH3, NO2. Для абсорбции газов с меньшей растворимостью (SO2, Cl2, H2S) используют щелочные растворы на основе NaOH или Ca(OH)2. Добавки химических реагентов во многих случаях увеличивают эффективность абсорбции благодаря протеканию химических реакций в пленке. Для очистки газов от углеводородов этот метод на практике используют значительно реже, что обусловлено, прежде всего, высокой стоимостью абсорбентов. Общими недостатками абсорбционных методов является образование жидких стоков и громоздкость аппаратурного оформления.
Адсорбционный метод.
Адсорбционный метод являются одним из самых распространенных средств защиты воздушного бассейна от загрязнений. Только в США введены и успешно эксплуатируются десятки тысяч адсорбционных систем. Основными промышленными адсорбентами являются активированные угли, сложные оксиды и импрегнированные сорбенты. Активированный уголь (АУ) нейтрален по отношению к полярным и неполярным молекулам адсорбируемых соединений. Он менее селективен, чем многие другие сорбенты, и является одним из немногих, пригодных для работы во влажных газовых потоках. Активированный уголь используют, в частности, для очистки газов от дурно пахнущих веществ, рекуперации растворителей и т.д.
Оксидные адсорбенты (ОА) обладают более высокой селективностью по отношению к полярным молекулам в силу собственного неоднородного распределения электрического потенциала. Их недостатком является снижение эффективности в присутствии влаги. К классу ОА относят силикагели, синтетические цеолиты, оксид алюминия.
Следует отметить эффективность очистки на активированных углях сотовой (ячеистой) структуры, обладающих улучшенными гидравлическими характеристиками. Такие сорбенты могут быль получены нанесением определенных композиций с порошком АУ на вспененную синтетическую смолу или вспениванием смеси заданного состава, содержащей АУ, а также выжиганием наполнителя из смеси, включающей АУ вместе со связующим.
Еще одним направлением усовершенствования адсорбционных методов очистки является разработка новых модификаций адсорбентов – силикагелей и цеолитов, обладающих повышенной термической и механической прочностью. Однако гидрофильность этих адсорбентов затрудняет их применение.
Наибольшее распространение получили адсорбционные методы извлечения из отходящих газов растворителей, в том числе хлорорганических. Это связано с высокой эффективностью процесса очистки газов (95-99%), отсутствием химических реакций образования вторичных загрязнителей, быстрой окупаемостью рекуперационных установок (обычно 2-3 года) благодаря повторному использованию растворителей и длительным (до 10 лет) сроком службы АУ. Ведутся активные работы по адсорбционному извлечению из газов оксидов серы и азота. Адсорбционные методы являются одним из самых распространенных в промышленности способов очистки газов. Их применение позволяет вернуть в производство ряд ценных соединений. При концентрациях примесей в газах более 2-5 мг/м, очистка оказывается даже рентабельной. Основной недостаток адсорбционного метода заключается в большой энергоемкости стадий десорбции и последующего разделения, что значительно осложняет его применение для многокомпонентных смесей.
Термическое дожигание.
Дожигание представляет собой метод обезвреживания газов путем термического окисления различных вредных веществ, главным образом органических, в практически безвредных или менее вредных, преимущественно СО2 и Н2О. Обычные температуры дожигания для большинства соединений лежат в интервале 750-1200 degC. Применение термических методов дожигания позволяет достичь 99%-ной очистки газов.
При рассмотрении возможности и целесообразности термического обезвреживания необходимо учитывать характер образующихся продуктов горения. Продукты сжигания газов, содержащих соединения серы, галогенов, фосфора, могут превосходить по токсичности исходный газовый выброс. В этом случае необходима дополнительная очистка. Термическое дожигание весьма эффективно при обезвреживании газов, содержащих токсичные веществав виде твердых включений органического происхождения (сажа, частицы углерода, древесная пыль и т.д.).
Важнейшими факторами, определяющими целесообразность термического обезвреживания, являются затраты энергии (топлива) для обеспечения высоких температур в зоне реакции, калорийность обезвреживаемых примесей, возможность предварительного подогрева очищаемых газов. Повышение концентрации дожигаемых примесей ведет к значительному снижению расхода топлива. В отдельных случаях процесс может протекать в автотермическом режиме, т. е. рабочий режим поддерживается только за счет тепла реакции глубокого окисления вредных примесей и предварительного подогрева исходной смеси отходящими обезвреженными газами.
Принципиальную трудность при использовании термического дожигания создает образование вторичных загрязнителей, таких как оксиды азота, хлор, SO2 и др.
Термические методы широко применяются для очистки отходящих газов от токсичных горючих соединений. Разработанные в последние годы установки дожигания отличаются компактностью и низкимиэнергозатратами. Применение термических методов эффективно для дожигания пыли многокомпонентных и запыленных отходящих газов.
Термокаталитические методы.
Каталитические методы газоочистки отличаются универсальностью. С их помощью можно освобождать газы от оксидов серы и азота, различных органических соединений, монооксида углерода и других токсичных примесей. Каталитические методы позволяют преобразовывать вредные примеси в безвредные, менее вредные и даже полезные. Они дают возможность перерабатывать многокомпонентные газы с малыми начальными концентрациями вредных примесей, добиваться высоких степеней очистки, вести процесс непрерывно, избегать образования вторичных загрязнителей. Применение каталитических методов чаще всего ограничивается трудностью поиска и изготовления пригодных для длительной эксплуатации и достаточно дешевых катализаторов. Гетерогенно-каталитическое превращение газообразных примесей осуществляют в реакторе, загруженном твердым катализатором в виде пористых гранул, колец, шариков или блоков со структурой, близкой к сотовой. Химическое превращение происходит на развитой внутренней поверхности катализаторов, достигающей 1000 м/г.
В качестве эффективных катализаторов, находящих применение на практике, служат самые различные вещества – от минералов, которые используются почти без всякой предварительной обработки, и простых массивных металлов до сложных соединений заданного состава и строения. Обычно каталитическую активность проявляют твердые вещества с ионными или металлическими связями, обладающие сильными межатомными полями. Одно из основных требований, предъявляемых к катализатору - устойчивость его структуры в условиях реакции. Например, металлы не должны в процессе реакции превращаться в неактивные соединения.
Современные катализаторы обезвреживания характеризуются высокой активностью и селективностью, механической прочностью и устойчивостью к действию ядов и температур. Промышленные катализаторы, изготавливаемые в виде колец и блоков сотовой структуры, обладают малым гидродинамическим сопротивлением и высокой внешней удельной поверхностью.
Наибольшее распространение получили каталитические методы обезвреживания отходящих газов в неподвижном слое катализатора. Можно выделить два принципиально различных метода осуществления процесса газоочистки - в стационарном и в искусственно создаваемом нестационарном режимах.
Биохимические методы.
Биохимические методы очистки основаны на способности микроорганизмов разрушать и преобразовывать различные соединения. Разложение веществ происходит под действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами в среде очищаемых газов. При частом изменении состава газа микроорганизмы не успевают адаптироваться для выработки новых ферментов, и степень разрушения вредных примесей становится неполной. Поэтому биохимические системы более всего пригодны для очистки газов постоянного состава.
Биохимическую газоочистку проводят либо в биофильтрах, либо в биоскрубберах. В биофильтрах очищаемый газ пропускают через слой насадки, орошаемый водой, которая создает влажность, достаточную для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов. Поверхность насадки покрыта биологически активной биопленкой (БП) из микроорганизмов.
Микроорганизмы БП в процессе своей жизнедеятельности поглощают и разрушают содержащиеся в газовой среде вещества, в результате чего происходит рост их массы. Эффективность очистки в значительной мере определяется массопереносом из газовой фазы в БП и равномерным распределением газа в слое насадки. Такого рода фильтры используют, например, для дезодорации воздуха. В этом случае очищаемый газовый поток фильтруется в условиях прямотока с орошаемой жидкостью, содержащей питательные вещества. После фильтра жидкость поступает в отстойники и далее вновь подается на орошение.
В настоящее время биофильтры используют для очистки отходящих газов от аммиака, фенола, крезола, формальдегида, органических растворителей покрасочных и сушильных линий, сероводорода, метилмеркаптана и других сероорганических соединений.
Плазмохимические методы.
Плазмохимический метод основан на пропускании через высоковольтный разряд воздушной смеси с вредными примесями. Используют, как правило, озонаторы на основе барьерных,коронных или скользящих разрядов, либо импульсные высокочастотные разряды на электрофильтрах. Проходящий низкотемпературную плазму воздух с примесями подвергается бомбардировке электронами и ионами. В результате в газовой среде образуется атомарный кислород, озон, гидроксильные группы, возбуждённые молекулы и атомы, которые и участвуют в плазмохимических реакциях с вредными примесями. Основные направления по применению данного метода идут по удалению SO2, NOx и органических соединений. Использование аммиака, при нейтрализации SO2 и NOx, дает на выходе после реактора порошкообразные удобрения (NH4)2SO4 и NH4NH3, которые фильтруются.
Плазмокаталитический метод.
Это довольно новый способ очистки, который использует два известных метода – плазмохимический и каталитический. Установки, работающие на основе этого метода, состоят из двух ступеней. Первая – это плазмохимический реактор (озонатор), вторая - каталитический реактор. Газообразные загрязнители, проходя зону высоковольтного разряда в газоразрядных ячейках и взаимодействуя с продуктами электросинтеза, разрушаются и переходят в безвредные соединения, вплоть до CO2 и H2O. Глубина конверсии (очистки) зависит от величины удельной энергии, выделяющейся в зоне реакции. После плазмохимического реактора воздух подвергается финишной тонкой очистке в каталитическом реакторе. Синтезируемый в газовом разряде плазмохимического реактора озон попадает на катализатор, где сразу распадается на активный атомарный и молекулярный кислород. Остатки загрязняющих веществ (активные радикалы, возбужденные атомы и молекулы), не уничтоженные в плазмохимическом реакторе, разрушаются на катализаторе благодаря глубокому окислению кислородом.
Преимуществом этого метода являются использование каталитических реакций при температурах, более низких (40-100 degC), чем при термокаталитическом методе, что приводит к увеличению срока службы катализаторов, а также к меньшим энергозатратам (при концентрациях вредных веществ до 0,5 г/м.).
Недостатками данного метода являются:
большая зависимость от концентрации пыли, необходимость предварительной очистки до концентрации 3-5 мг/м,
при больших концентрациях вредных веществ(свыше 1 г/м) стоимость оборудования и эксплуатационные расходы превышают соответствующие затраты в сравнении с термокаталитическим методом.
Фотокаталитический метод.
Сейчас широко изучается и развивается фотокаталитический метод окисления органических соединений. В основном при этом используются катализаторы на основе TiO2, которые облучаются ультрафиолетом. Известны бытовые очистители воздуха японской фирмы «Daikin», использующие этот метод. Недостатком метода является засорение катализатора продуктами реакции. Для решения этой задачи используют введение в очищаемую смесь озона, однако данная технология применима для ограниченного состава органических соединений и при небольших концентрациях.
Литература
1.С. Калверта и Г. Инглунда. Защита атмосферы от промышленных загрязнений. Справочник “Металлургия”,Москва, 1991
2.А.Г. Нецветаев. Экологическое право. МГУ.2006
3.Дьяконов К.Н., Дончева А.В.Экологическое проектирование и экспертиза.Аспект-Пресс, 2005 г.
4.Горелов А. А. Экология. Академия, 2006 г.
5.В.И.Коробкин, Л.В.Передельский.Экология в вопросах и ответах. Учебное пособие. Феникс, 2005 г.
6.Ю.Л.Хотунцев. Экология и экологическая безопасность. Учебное пособие для студентов высших педагогических учебных заведений. Академия, 2004 г.