Для изучения окружающей среды среды обитания й производственной деятельности человека) целесообразно выделить следующие ее основные составляющие: воздушную среду; водную среду (гидросферу); животный мир (человек, домашние и дикие животные, в том числе рыбы и птицы); растительный мир (культурные и дикие растения, в том числе растущие в воде); почву (растительный слой); недра (верхняя часть земной коры, в пределах которой возможна добыча полезных ископаемых); климатическую и акустическую среду.
В результате хозяйственной деятельности человека наиболее массированно загрязняется вредными веществами воздушная среда. Воздух загрязняется различными газами, среди которых наиболее широко распространены окись углерода, сернистый ангидрид (двуокись серы) и окислы азота, парами, например, углеводородов, кислот металлов (например, ртути) и разнообразными пылями, имеющими органическое и неорганическое происхождение. Пыль из взвешенного в воздухе состояния (аэрозоль) имеет тенденцию к осаждению на тех или иных, в большей степени горизонтальных, поверхностях; при этом она принимает состояние аэрогелей. Однако сильные потоки воздуха и, в частности, ветра способны ее вновь привести во взвешенное состояние: происходит, как говорят, повторное вспыление. Пары имеют свойство конденсироваться, причем они также выпадают из воздуха и осаждаются на поверхности. В некоторых случаях сконденсировавшиеся пары ртути, при повышении температуры вновь могут испаряться, превращаясь в аэрозоль, и загрязнять воздушную среду.
В настоящее время Африканский континент значительно опережает другие по приросту населения. Если в среднем по всему миру он составляет 1,7 % в год, то для Африки — 3 %. Это единственный континент, где рост численности населения превышает темпы роста производства продовольствия. В расчете на душу населения оно упало с 1970 г. более чем на 10%, поэтому объем импорта продовольствия там удваивается каждые 7 лет.
Согласно определению, принятому Европейской экономической комиссией ООН в 1974 г., под безотходной технологией понимается практическое применение знаний, методов и средств, имеющих целью обеспечить в рамках человеческих потребностей наиболее рациональное использование природных ресурсов, энергии и защиты окружающей среды [17].
Массовым потребителем вторичных материальных ресурсов является строительная индустрия и промышленность строительных материалов, которые, например в СССР, используют ежегодно более 30 млн. т доменных шлаков. Показателен опыт использования шлаков заводом «Азовсталь» и Новокузнецким металлургическим комбинатом. Шлак из отвалов «Азовстали» вывозится водным путем для строительства дамб и других сооружений, освобождая место для пляжа. На Новолипецком металлургическом заводе введен мощный комплекс по переработке шлаков сталеплавильного производства, выпускающий щебень различного назначения и удобрения для кислых почв.
Вопрос использования вторичных энергетических ресурсов в развитии безотходных (малоотходных) производств целесообразно рассматривать отдельно, так как он имеет самостоятельное значение.Для восполнения недостатка в топливе у пас, как и во всем мире, ускоренными темпами развивается атомная энергетика, которая, кстати говоря, при нормальной эксплуатации дает меньшее загрязнение окружающей среды, чем получение энергии на основе сжигания органического топлива. Однако, как показывает практика эксплуатации атомных электрических станций, их работа при исключительных аварийных ситуациях иногда приводит к выбросу радиоактивных веществ, создающему радиоактивное загрязнение окружающей среды. Примером этому являются аварии АЭС в Уиндсклее (Англия, 1957 г.), Тримайл айленд (штат Пенсильвания, США, 1979 г.) и, наконец, в Чернобыле (СССР, 1986 г.). Существенное значение в энергетическом балансе СССР атомная энергия будет иметь лишь за пределами 1990 г.
Производство любого вида продукции связано не только с затратами труда и материальных ресурсов, но и зачастую приводит к загрязнению окружающей среды. При этом создание такой продукции, выпуск которой требует большого участия промышленности, (например, большинство химической продукции, алюминий, сталь) обусловливает большее загрязнение. Вместе с тем производство других видов продукции, особенно естественного и, в частности, растительного происхождения (фрукты, овощи и т. п.), вызывает меньшее загрязнение окружающей среды. Существенное влияние в оценке значимости загрязнения окружающей среды при производстве продукции имеет ее энергоемкость, так как современные методы получения энергии требуют, как правило, сжигания органического топлива, что, как известно, сильно загрязняет окружающую среду. Видимо, настало время, чтобы с целью ее сохранения в стоимости продукции учитывались не только затраченные на нее ресурсы и труд, но и загрязнения, нанесенные окружающей среде ее производством. Поэтому полное потребление продукции без отходов или с минимальными отходами, иными словами бережливость в хозяйствовании (потреблении) благоприятно не только с экономической, но и с экологической точки зрения.
При выбросе вредных веществ в атмосферу наиболее эффективным мероприятием, уменьшающим загрязнение наружной воздушной среды, является очистка технологических и вентиляционных выбросов.Для улавливания взвешенных частиц широко применяются различные инерционные пылеотделнтели. Наиболее распространенным из них является циклон (рис. 3.2). Очищаемая газопылевая смесь подводится к корпусу циклона тангенциально, поэтому частички пыли, вращаясь около внутренней поверхности корпуса, осаждаются и удаляются снизу, а очищенный газ (воздух) через расположенную1 в центре трубу уходит в атмосферу. Эффективность действия циклона, особенно на мелкодисперсных взвесях, невелика, поэтому применяют батарейные циклоны, представляющие собой группу одиночных циклонов, в которых очищаемая газопылевая смесь проходит последовательно из одного циклона в другой.
В СССР сейчас ежегодно добывается 2—2,5 млрд. т условного органического топлива в виде угля, нефти и природного газа. 10—15 % идет на экспорт, нефть преимущественно расходуется на транспортные нужды, сельское хозяйство и в технологических целях, а остальная часть в основном сжигается для получения тепловой энергии как и дрова и торф, которые составляют, однако, в топливном балансе страны весьма небольшую долю.
Одним из мощных источников загрязнения городской воздушной среды является автомобильный транспорт, увеличение численности которого в начале второй половины XX в. привело к насыщеншо городов легковыми автомобилями и переключению на них большей части пассажирских перевозок. Это резко ухудшает санитарные условия проживания в крупных городах: автомобиль не только загрязняет воздушную среду и создает шум, но, перевозя небольшое число пассажиров и работая на наиболее ценных видах топлива, использует его недостаточно эффективно. В связи с этим возникла необходимость разработки ряда мероприятий, позволяющих предотвратить загрязнение биосферы автотранспортными выделениям:!.
К сожалению, не все виды производств работают по безотходной технологии и не для всех выбросов разработаны способы очистки; в некоторых случаях это требует больших затрат. До сих пор еще нет рентабельного способа очистки от сернистого ангидрида и окислов азота уходящих дымовых газов тепловых электрических станций, поэтому часто загрязненные выбросы отводят на большую высоту. При этом выбрасываемые вредные вещества, достигая приземного пространства, рассеиваются, их концентрации снижаются до предельно допустимых. Некоторые вредные вещества на большой высоте переходят в иное состояние (конденсируются, вступают в реакции с другими веществами и т. п.), а такие, как, например, ртуть, осаждаются на поверхности земли, листве, строениях и при повышении температуры снова испаряются в воздух.
По характеру защитного действия посадки разделяют на изолирующие и фильтрующие. Изолирующими называют посадки плотной структуры (полосы или небольшие массивы), которые создают на пути загрязненного воздушного потока механическую преграду, заставляющую поток обтекать массив. При нормальных метеоусловиях они снижают газо- и парообразные принеси (сернистый ангидрид, окись углерода, фенол) на 25—35 % путем рассеивания и отклонения загрязненного воздушного потока, а также поглощающего действия зеленых насаждений.
Состояние наружной воздушной среды в различных местах площадки промышленного предприятия и микрорайона населенного места неодинаково. Наиболее чистым оказывается воздух в хорошо аэрируемых местах, куда в меньшей степени попадают загрязнения от технологических, вентиляционных, неорганизованных (случайных) и транспортных выбросов. Именно в таких местах следует располагать воздухоприемные устройства для приточной вентиляции. По существующим в СССР нормам (СН 245-71) концентрации вредных веществ в местах аоздухозабора на промышленных предприятиях не должны превышать 0,3 ПДК для внутреннего воздуха.
Уменьшение шума в источниках его образовании является наиболее эффективной мерой борьбы с ним, поэтому при проектировании и выборе станков, машин, установок (вентиляторов, компрессоров, насосов и т. д.) необходимо учитывать режим их работы и акустические характеристики. Так, значительно уменьшить шум можно использованием вентилятора с небольшой частотой вращения. Увеличение шума часто происходит от дефектов, возникающих при эксплуатации механического оборудования: нарушения балансировки вращающихся элементов, недопустимого износа деталей, плохой смазки и т. п.
Водоотводящие системы и сооружения (канализация) — это один из видов инженерного оборудования и благоустройства населенных пунктов, жилых, общественных и производственных зданий, обеспечивающих необходимые санитарно-гигиенические условия труда, быта и отдыха населения. Системы водоотведения и очистки состоят из комплекса оборудования, сетей и сооружений, предназначенных для приема и удаления по трубопро-дам бытовых производственных и атмосферных сточных вод, а также для их очистки и обезвреживания перед сбросом в водоем или утилизацией.
Водоемы загрязняются в основном с результате спуска в них сточных вод от промышленных предприятий и населенных пунктов. В результате сброса сточных вод изменяются физические свойства воды (повышается температура, уменьшается прозрачность, появляются окраска, привкусы, запахи); на поверхности водоема появляются плавающие вещества, а на дне образуется осадок; изменяется химический состав воды (увеличивается содержание органических и неорганических веществ, появляются токсичные вещества, уменьшается содержание кислорода, изменяется активная реакция среды и др.); изменяется качественный и количественный бактериальный состав, появляются болезнетворные бактерии. Загрязненные водоемы становятся не пригодными для питьевого, а часто и для технического водоснабжения; теряют рыбохозяйственное значение и т. д.
Методы, применяемые для очистки производственных и бытовых сточных вод, можно разделить на три группы: механические; физико-химические, биологические.В комплекс очистных сооружений, как правпло, входят сооружения механической очистки. В зависимости от требуемой степени очистки они могут дополняться сооружениями биологической либо физико-химической очистки, а при более высоких требованиях в состав очистных сооружений включаются сооружения глубокой очистки. Перед сбросом в водоем очищенные сточные воды обеззараживаются, образующийся на всех стадиях очистки осадок или избыточная биомасса поступает на сооружения по обработке осадка (рис. 4.5). Очищенные сточные воды могут направляться в оборотные системы водообеспечения промышленных предприятий, на сельскохозяйственные нужды или сбрасываться в водоем. Обработанный осадок может утилизироваться, уничтожаться или складироваться.
Все, что производится человечеством для удовлетворения его потребностей в виде продуктов питания, одежды, мебели, машин, т. е. все, что добывается, строится, выпускается промышленностью и выращивается сельским хозяйством,— рано или поздно превращается в отходы. Часть этих отходов удаляется вместе со сточными водами, другая часть в виде газов, иаров и пыли попадает в атмосферу, но большая часть выбрасывается в виде твердых отходов. Поэтому развитие безотходного производства (по замкнутому циклу), значительно сокращающего количество промышленных отходов, в частности твердых, является актуальной проблемой.
Для уменьшения загрязнения окружающей среды в соответствии со ст. 12 «Основ законодательства Союза ССР и союзных республик о недрах» АК.Х им. К. Д.Пам-филова было предложено вместо неконтролируемых свалок применять полигоны для твердых отходов, которые уже успешно эксплуатируются в некоторых городах (Орел, Керчь, Курск и др.) — [18].
Некоторые виды твердых промышленных отходов вследствие их токсичности необходимо обезвреживать на специальных сооружениях (табл. 5.3).Эти сооружения могут находиться в ведении предприятия, дающего токсичные отходы, и располагаться, в частности, на его территории. Токсичные промышленные отходы могут также складироваться, перерабатываться и нейтрализоваться централизованно на полигонах и станциях переработки и нейтрализации. Специальные полигоны организуют двух видов: для обезвреживания одного вида отходов только захоронением или химическим способом, а также комплексные. В последнем случае территорию полигонов разделяют на зоны приема и захоронения твердых несгораемых отходов, приема и захоронения жидких химических отходов и осадков сточных вод, не подлежащих утилизации, захоронения особо вредных отходов, огневого уничтожения горючих отходов.
Переработка твердых отходов на компост является более совершенным приемом их обезвреживания и использования. Применяют полевое компостирование, кроме того, отходы перерабатывают на специальных заводах. Наиболее совершенным сейчас считается непрерывт ный процесс компостирования с аэробным окислением органических отходов во вращающемся наклонном барабане ферметере (рис, 5,4].
Сжигание твердых отходов в кострах или примитивных печах нельзя считать целесообразным, так как при этом загрязняется воздушная среда и не используется образующаяся тепловая энергия. Оно может быть оправдано при сжигании в специальных печах специфических больничных отходов, которые удаляются и обезвреживаются отдельно от бытовых. Однако при использовании тепловой энергии и очистке уходящих газов сжигание твердых отходов является целесообразным. Этот процесс происходит на мусоросжигательных станциях (заводах) — рис. 5.5, имеющих паровые или водогрейные котлы со специальными топками, например с расположенными наклонно вращающимися валками колосниковой решетки (рис. 5.6). Температура в топке должна быть не менее 1000°С, для того чтобы сгорали все дурнопахнущие примеси газов и не происходило бы зашлаковывания колосников. Перед выходом в дымовую трубу газы необходимо очищать, например с помощью электрических фильтров. Металлический лом отделяют от шлака электромагнитным сепаратором.
Организующим началом в обеспечении чистоты окружающей среды является научно и экономически обоснованное проектирование ее охраны, позволяющее найти оптимальные решения данного вопроса. Так, в комплексном проекте промышленного предприятия необходимо разрабатывать разделы по обеспечению чистоты воздуха, гидросферы, акустической среды от загрязнения, а также охраны окружающей среды от загрязнения ее твердыми отходами производства.