Измерение осаждения загрязнителей из воздуха. Мониторинг кислотных осадков

| Категория реферата: Рефераты по экологии
| Теги реферата: реферат планирование, инновационная деятельность
| Добавил(а) на сайт: Utjuzhin.

Безотходные производства. Безотходным производством является такое производство, в котором все исходное сырье в конечном итоге превращается в ту или иную продукцию и которое при этом одновременно оптимизировано по технологическим, экономическим и социально-экологическим критериям. Принципиальная новизна подобного подхода к дальнейшему развитию промышленного производства обусловлена невозможностью эффективно решать проблемы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов только путем совершенствования методов обезвреживания, утилизации, переработки или захоронения отходов.
При создании и развитии безотходных производств обязательно использование всех компонентов сырья. В настоящее время несмотря на то, что практически все сырье, применяемое в промышленности, является многокомпонентным, в качестве готовой продукции используется, как правило, только один компонент. Максимально возможное – это комплексное использование энергии при безотходном производстве.
Безотходное производство предполагает кооперирование производств с большим количеством отходов (производство фосфорных удобрений, тепловые электростанции, металлургические, горнодобывающие и обогатительные производства) с производством – потребителем этих отходов, например предприятиями строительных материалов.
Важнейшей задачей является создание и внедрение принципиально новых технологических схем и процессов, при которых резко сокращается или полностью исчезает образование каких-либо отходов.
Утилизирую двуокись серы, содержащуюся в отходящих газах теплоэнергетики и металлургии, можно получить столько серной кислоты, сколько ее ежегодно производят все сернокислотные заводы нашей страны, т.е. по сути дела удвоить производство этого ценнейшего продукта большой химии (эта тема кратко рассматривается в курсе географии девятого класса). Уже существуют промышленные установки для каталитической очистки отходящих газов, которые позволяют извлекать из дыма до 98 – 99% сернистого газа при любом, даже самом незначительном, его содержании и окислять его, превращая вредный промышленный выброс в серную кислоту. Использовать полученную таким способом кислоту в промышленности тоже не просто: она содержит различные примеси, зачастую получается разбавленной.
Зато в сельском хозяйстве она может найти неограниченный рынок сбыта, так как это химический препарат для почв содового засоления.
Для химической мелиорации годится серная кислота сколь угодно разбавленная, практически с любыми примесями. Это позволяет строить более экономичные, упрощенные установки для утилизации сернистого газа.
Конечно, невозможно создать полностью безотходные производства во всех отраслях. Вообще, понятие «полностью безотходное производство» условное, так как ни одно производство не возможно без отходов. Но создавать производства, в которых перерабатывается часть отходов, вполне возможно. Такие производства называются малоотходными.
С безотходными и малоотходными производствами связаны многочисленные проблемы, без решения которых их внедрение представляется практически невозможным. Основной из них является большая затратность подобных производств. Эта проблема объясняется тем, что большинство из производств (особенно в России) не рассчитаны на внедрение каких-либо новых узлов и поэтому для создания безотходного или малоотходного производства на их основе придется принципиально пересматривать всю их систему. При этом на ранних стадиях внедрения безотходных или малоотходных производств их вряд ли можно будет рассматривать как прибыльные: для детальной отработки технологии потребуется еще некоторое время.
Внедрение безотходных и малоотходных производств может быть эффективным практически в любой отрасли промышленности, так как из многих отходов можно получить какой-либо потребительский продукт.
Использование возобновляемых источников энергии. Энергетика является сердцем промышленного и сельскохозяйственного производства и обеспечивает комфортное существование человека. Основным энергоносителем XIX века являлся уголь, сжигание которого, как отмечалось выше, приводило к росту выбросов дыма, сажи, копоти, золы, вредных газовых компонентов: CO, SO2, оксидов азота и т.д.
Развитие научно-технического прогресса привело к существенному изменению энергетической базы промышленности, сельского хозяйства, городов и других населенных пунктов. Существенно возросла доля таких энергоносителей как нефть и газ, экологически более чистых, чем уголь. Однако ресурсы их не беспредельны, что накладывает на человечество обязанность поиска новых, альтернативных возобновляемых источников энергии. К ним относятся солнечная и атомная энергия, геотермальный и гелиотермальные виды энергии, энергия приливов и отливов, энергия рек и ветров. Эти виды энергии являются неисчерпаемыми и их производство практически не оказывает вредного воздействия на окружающую среду.
Наиболее развиты в настоящее время атомные энергетические установки – АЭС. Доля производства электроэнергии с помощью атомной энергии в ряде стран очень высока: в Литве она превышает 80%, во
Франции – 75, в России достигает 13%. Следует лишь совершенствовать безопасность работы АЭС, что подтвердила авария на Чернобыльской и других АЭС. Топливная база для их работы практически неограничена, общие запасы урана в морях и океанах составляют примерно 4 • 109 т.
Достаточно широко применяются геотермальные и гелиотермальные источники энергии. Циркулирующая на глубине 2-3 км вода нагревается до температуры, превышающей 100єС за счет радиоактивных процессов, химических реакций и других явлений, протекающих в земной коре. В ряде районов земли такие воды выходят на поверхность. Значительные запасы их имеются в нашей стране на Дальнем Востоке, Восточной
Сибири, Северном Кавказе и других районах. Существуют запасы высокотемпературного пара и пароводяной смеси на Камчатке,
Курильских островах и в Дагестане
Технологические процессы получения тепловой и электрической энергии из таких вод достаточно хорошо разработаны, их себестоимость в 2 – 2,5 раза ниже тепловой энергии, получаемой в обычных котельных. На Камчатке работает геотермальная электростанция мощностью 5 кВт. Предполагается сооружать такие, но более мощные 100 и 200 МВт блоки. В Краснодарском крае теплота подземных вод используется для теплоснабжения промышленных предприятий, населения, животноводческих комплексов, многочисленных теплиц.
За последнее время все шире используется солнечная энергия.
Солнечные энергетические установки могут быть тепловыми, в которых используется традиционный паротурбинный цикл и фотоэлектрическими, в которых солнечное излучение с помощью специальных батарей преобразуется в электроэнергию и теплоэнергию. Стоимость таких гелиоэлектростанций пока еще велика: для станций мощностью в 5 –
100 МВт она в 10 раз превышает капитальные затраты ТЭС аналогичной мощности. Кроме того, для получения энергии требуются большие площади зеркал. Солнечные электростанции являются перспективными, так как они экологически чистые, а стоимость произведенной на них электроэнергии будет неуклонно снижаться по мере совершенствования технологических процессов, оборудования и используемых материалов.
Вода с давних пор используется человечеством в качестве источника энергии. ГЭС остаются перспективными и экологически чистыми энергетическими установками при условии, если при их строительстве не происходит затопления пойменных земель и лесных угодий.
К новым источникам энергии относится энергия морских приливов и отливов. Принцип действия приливных электростанций основан на том, что энергия падения воды, проходящей через гидротурбины, вращает их и приводит в движение генераторы электрического тока. На однобассейновой приливной электростанции двойного действия, работающей во время прилива и отлива, можно вырабатывать энергию четыре раза в сутки при наполнении и опорожнении бассейна в течение
4-5 часов. Агрегаты такой электростанции должны быть приспособлены для работы в прямом и обратном режимах и служить как для производства электроэнергии, так и для перекачки воды. Крупная приливная электростанция работает во Франции на берегу Ла-Манша, в устье реки Ранс. В России в 1968 г. пущена в эксплуатацию небольшая электростанция на побережье Баренцева моря в губе Кислов.
Разработаны проекты Мезенской приливной станции на берегу Белого моря, а также Пенжинской и Тугурской – на берегу Охотского моря.
Энергию океана можно использовать, сооружаю волновые электростанции, установки, использующие энергию морских течений, разницу температур поверхностных теплых и глубинных холодных воды или подледных слоев воды и воздуха. Проекты таких энергетических установок разрабатываются в ряде стран: США, Японии, России.
Перспективно использование энергии ветра. Ветроэнергетические установки до определенного предела не влияют на состояние окружающей среды. Парки ветроэнергетических установок большой мощности построены в Германии, Дании, США и других странах.
Единичная мощность таких установок достигает 1 МВт. В Швеции работает самая сильная в мире ветроэнергетическая установка мощностью 2 МВт. В России имеются районы благоприятные для строительства ветровых электростанций – на Крайнем Севере, Азово-
Черноморском регионе, где постоянно дуют северо-восточные ветры.
Потенциальные мощности ветровых электростанций, которые могут быть построены на этих территориях, значительно превышают мощности существующих в настоящее время в России электростанций.
Экологическая целесообразность использования энергии ветра для производства электроэнергии в больших масштабах и использования ветроэнергетических установок в энергетических системах изучена пока недостаточно. Исследования, проведенные в США, свидетельствуют о том, что, если затраты на сооружение подземных хранилищ нефти объемом в 1 млрд. баррелей в совокупности со стоимостью этой нефти направить на строительство ветровых электростанций, то их мощность может быть доведена до 37000 МВт, а количество сэкономленной нефти составит 1,15 млрд. баррелей. В результате помимо экономии такого ценного сырья, как нефть, существенно снизится вредная нагрузка на окружающую среду при ее сжигании в энергетических установках.
Серьезным источников вредных веществ в окружающей среде является транспорт. Рассматривается возможность замены используемого в настоящее время углеводородного топлива на чистый водород, при сгорании которого образуется вода. Это позволило бы исключить проблему загрязнения атмосферы отработанными газами автомобильных двигателей. Использование водорода затрудняется тем, что в настоящее время недостаточно отработана технология его получения, транспортировки и хранения, что приводит к большим затратам электроэнергии при производстве водорода методом электролиза и высокой его стоимости. Совершенствование указанных технологических процессов позволит снизить стоимость водорода, который станет топливом, способным конкурировать по экономическим показателям с традиционными видами топлива, а по экологическим – превосходить их.
Замена автомобилей, работающих на углеводородном топливе, электромобилями также позволит существенно снизить вредную нагрузку на окружающую среду. Исследования американских и японских фирм в этой области свидетельствуют о том, что их лучшие электромобили, работающие на никелево-цинковых батареях, вдвое мощнее, чем обычные свинцовые при скорости 80 км/час и имеют дальность пробега около
400 км. Общий коэффициент полезного действия таких электромобилей в настоящее время невелик и составляет 2% против 4,2% автотранспорта, работающего на углеводородном сырье. По мере совершенствования технологии изготовления аккумуляторных батарей электромобили будут использоваться все шире, что позволит уменьшить вредное воздействие на окружающую среду.
Электроэнергия является одной из важнейших составляющих большинства производственных процессов, осуществляемых в настоящее время. С течением времени роль электроэнергии будет все более возрастать. Таким образом, альтернативные пути получения электроэнергии необходимы для дальнейшего развития всех отраслей производства.
Административные и экономические механизмы. Проблема охраны окружающей среды (и атмосферы как ее части) тесно связана с политикой, идеологией, социальной сферой и в первую очередь – с экономикой.
Противостояние экономики и экологии – узловая проблема охраны окружающей природной среды. Ранее ее пытались решать путем административно-командных методов воздействия на основе запретов, ограничений, мер уголовного и административного наказания.
Если метод административного воздействия исходит из отношений власти и подчинения, то экономический механизм опирается на материальную заинтересованность исполнителя в достижении реальной цели. В основу экологической экономики входят как постоянно действующие институты, так и новая совокупность признаков, возникшая на базе перехода к рыночным отношениям.
Постоянно действующие институты: природные кадастры, меры по материально-техническому и финансовому обеспечению, платность за использование природных ресурсов; платежи за загрязнение окружающей природной среды; льготы по кредитованию, налогообложению; освобождение от обложения налогами.
К новым экономическим стимулам относятся: экологическое страхование, установление повышенных норм амортизации основных природоохранных производственных фондов, введение поощрительных цен на экологически чистую продукцию и снижение – на экологически неблагоприятную, формирование банка экологических услуг, совершенствование договорных отношений, где видное место занимает экономический механизм регулирования – договоры на комплексное природопользование, аренду, передачу в постоянное пользование объектов, охрану памятников природы и т.д.
Кадастры природных ресурсов – это свод экономических, экологических, организационных и технических показателей, который характеризует количество и качество природного ресурса, а также состав и категории природопользователей.
Данные кадастров лежат в основе рационального использования природных ресурсов, охраны природной среды; на их базе определяется денежная оценка природного ресурса, его продажная цена, система мер по восстановлению и оздоровлению окружающей среды.
В СССР централизованное финансирование природоохранной деятельности проводилось всегда на уровень ниже потребностей, необходимых для решения задачи гармонизации человека и природы
(примерно 9-11 млрд. руб. за пятилетие, что составляло менее 1% всех бюджетных расходов).
После суверенизации России строка «На охрану окружающей природной среды» из федерального бюджета вообще исчезла, и только в 1994 г. в федеральном бюджете отдельной строкой государством было выделено
1083625,9 млн. руб., что также составило менее 1% всех расходов.
Такая сумма не компенсирует даже тот ущерб, который наносится природе путем выбросов, сбросов и захоронений отходов. Однако закон
РФ «Об охране окружающей среды» (ст. 17, пункт 2) называет несколько источников финансирования охраны природной среды, помимо государственного бюджета. Это внебюджетные экологические фонды, средства предприятий, учреждений, организаций. С принятием вышеназванного Закона местные внебюджетные экологические фонды стали существенным источником финансирования экологических затрат.
На основании этого Закона основную массу денежных отчислений фондов должны получать города и районы, которые в первую очередь испытывают на себе пагубные последствия загрязнения и разрушения окружающей природной среды.
Введение платежей за использование природных ресурсов – прямое следствие преобразования природоресурсных отношений, проводимых на базе рыночных реформ. Установление такой платы стало возможным после отмены исключительной государственной монополии на землю и другие природные ресурсы, превращения земель и других ресурсов в объект купли-продажи и гражданско-правовых сделок. При установлении платности за пользование природными ресурсами ставились следующие задачи:
1. Повышение заинтересованности производителя в эффективном использовании природных ресурсов и земель
2. Повышение заинтересованности в сохранении и воспроизводстве материальных ресурсов.
3. Получение дополнительных средств на восстановление и воспроизводство природных ресурсов.
Законом РФ «Об охране окружающей природной среды» (ст. 20) предусмотрено два вида платежей за ресурсы природы: за право пользования природными ресурсами и за загрязнение окружающей природной среды.
Плата за загрязнение окружающей природной среды является одним из видов платности в использовании природных ресурсов. Ее сущность имеет три значения: компенсационное, стимулирующее и экологическое.
Во-первых, плата за загрязнение направлена на компенсацию вреда, причиняемого природной среде, здоровью человека, материальным ценностям. В отличие от юридической ответственности, которая наступает по факту правонарушения, обязанность платы за загрязнение возникает по факту правомерного, разрешенного компетентными органами государства причинения вреда, независимо от вины хозяйствующего объекта.
Во-вторых, установленная плата взимается в бесспорном порядке за счет прибыли или себестоимости предприятия-загрязнителя, и на этой основе должна стимулировать сокращение выбросов, сбросов вредных веществ. Это главный ключ экологизации хозяйственной деятельности, пользуюсь которым можно сделать охрану окружающей природной среды экономически выгодным делом.
В-третьих, платежи за загрязнения служат главным источником образования и пополнения внебюджетных экологических фондов, средства которых используются для оздоровления и охраны окружающей природной среды. В этом проявляется экологическое значение платы.
Правовое регулирование платежей за загрязнение обеспечивается
Законом РФ «Об охране окружающей природной среды» (ст. 20) и постановлением Правительства РФ от 26.08.92 г., в которых утвержден порядок определения платы за загрязнение и ее предельные размеры. В ноябре 1992 г. Минприроды утвердило базовые нормативы платы за загрязнение.
Законом предусматривается три вида платы за загрязнение: выбросы, сбросы вредных веществ в пределах установленных лимитов; выбросы, сбросы вредных веществ сверх установленных норм либо без разрешения компетентных органов; плата за размещение отходов.
Для обеспечения надежного финансирования различных видов природоохранной деятельности в Российской Федерации создается система экологических фондов, включающая Федеральный экологический фонд, соответствующие республиканские (краевые, областные и местные) экологические фонды, страховые фонды окружающей среды, экологические фонды предприятий.
Российское законодательство определяет страхование как отношения по защите имущественных интересов физических и юридических лиц при наступлении предусмотренных событий за счет денежных средств
(фондов), которые создаются из уплачиваемых ими страховых взносов.
Применительно к Закону РФ о страховании, экологическим страхованием следует считать также отношения, направленные на защиту имущественных интересов граждан и юридических лиц при наступлении экологически неблагоприятных обстоятельств за счет денежных фондов, создаваемых страхователями.
Цель экологического страхования – предоставление страховой защиты имущественных интересов третьих лиц от непреднамеренного и неожиданного загрязнения окружающей среды.
Все вышеперечисленные действия можно назвать экологической политикой государства. Несмотря на большое разнообразие экологических законов в нашей стране, они не в состоянии решить даже малой части экологических проблем. Таким образом, дальнейшее совершенствование государственного регулирования должно заключаться не в увеличении числа законов, а в ужесточении контроля над их исполнением. Также следует постепенно заменять механизмы административного воздействия экономическими механизмами.
Эффективность применения именно этого метода уже доказана некоторыми европейскими государствами.
Следует отметить особо высокую действенность государственных методов регулирования загрязнения окружающей среды. Только государство может издать закон, который будет действовать на всей территории страны и, конечно, будет обязателен для исполнения всеми.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

§1. Введение в практическую часть. Понятие кислотности осадков.

В теоретической части была рассмотрена проблема загрязнения атмосферы. Были рассмотрены и меры борьбы с загрязнением атмосферы.
Однако принятие каких-либо мер невозможно без детального изучения и оценки состояния атмосферы.
В настоящее время употребляют два основных термина, касающихся оценки качества окружающей природной среды: мониторинг и контроль.
Мониторинг – система наблюдения, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под влиянием антропогенного воздействия.
Мониторинг не исключает задачи управления качеством окружающей среды, тогда как контроль подразумевает не только наблюдение и получение информации, но и управление состоянием среды.
Практическая часть этой работы состоит из двух опытов. Первый из них – «измерение осаждения загрязнителей из воздуха» – предполагает измерение количества загрязнителей, которые оседают на поверхность земли за определенный период времени (в данном случае за 4 недели).
Второй опыт предполагает сбор и измерение кислотности осадков.
Мерой кислотности воды служит число ионов водорода на 1 литр воды. Молекулы воды (H2O) обычно диссоциируют на ионы водорода (H+) и гидроксид-ионы (OH–). В пробе чистой воды одна десятимиллионная
(10–7) доля молекул воды диссоциирует на ионы водорода и гидроксид- ионы, причем в чистой воде эти ионы присутствуют приблизительно в равных количествах. Раствор с одинаковыми концентрациями ионов водорода и гидроксид-ионов называется нейтральным. Такой раствор не является ни кислым (содержащим большее число водородных ионов), ни основным (содержащим меньшее число водородных ионов).
Дождевую воду нельзя назвать чистой водой; она находится в контакте с двуокисью углерода – естественным компонентом атмосферы
– и растворяет ее. При растворении двуокиси углерода в воде образуется слабая угольная кислота. Концентрация ионов водорода относительно молекул воды в незагрязненной дождевой воде, содержащей двуокись углерода, составит примерно одну миллионную долю (10–6), или 1 ион водорода на 1 млн. молекул воды. Таким образом, концентрация водородных ионов в дождевой воде при растворении в ней двуокиси углерода, присутствующей в атмосфере, увеличивается в 10 раз. Именно такое число водородных ионов должно быть характерно для чистой дождевой воды в природных условиях.
Обычно кислотность измеряют не как отношение числа ионов водорода к числу молекул воды, а как логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком. Эта величина называется pH. Поскольку
–lg(0,0000001) = 7, значение pH = 7 характеризует чистую воду – не кислую и не щелочную, а нейтральную. Чем меньше значение pH, тем более кислой оказывается вода.

§2. Измерение осаждения загрязнителей из воздуха.

Цели:
1. Собрать осаждающиеся из воздуха загрязнители;
2. Свешать собранные за определенный период загрязнители и рассчитать их количество, осаждающееся на 1 м2.

Методика:
1. Взять два широкогорлых сосуда емкостью 100 – 200 мл и тщательно их вымыть.
2. Налить в сосуды смесь дистиллированной воды и спирта в отношении

50:50 до высоты 1,5 – 2,5 см
3. Один сосуд поставить у шоссе или другого источника загрязнения, другой – в нескольких метров от него.
4. Оставить сосуды на 4 недели. По мере испарения жидкости добавлять в них раствор. Если сосуды переполняются в результате выпадения осадков, закончить эксперимент.
5. По окончанию сбора материала выпарить раствор в чистом взвешенном лабораторном стакане. Затем взвесить его снова и определить количество осадка.
6. Исходя из площади отверстия сосуда рассчитать количество материала, осевшего на 1 м2.

Отчет о работе:
Первый сосуд (I) был установлен в непосредственной близости от дороги в районе Копыловского моста. Второй (II) – примерно в десяти метрах от дороги.

| | Вес | | Вес |
| |пустого сосуда |Вес сосуда с |загрязнителей |
| | |загрязнителям| |
| | |и | |
| I |13,1 г |13,58 г |0,48 г |
|сосуд | | | |
| II |13,1 г |13,42 г |0,32 г |
|сосуд | | | |

Расчет количества загрязнителей, осаждающихся на 1 м2: r сосуда = 2,4 см
S = ?r2
S = 3,14 • (2,4)2 = 18,0864 см2 = 0,00180864 м2

I сосуд.

Вес загрязнителей – 0,48 г
Площадь – 0,00180864 м2

Составим пропорцию:

0,48 г X г
?????? ? ????
0,00180864 м2 1 м2

Отсюда:
X = 0,48 • 1 : 0,00180864 ? 265,3 г

II сосуд.

Вес загрязнителей – 0,32 г
Площадь – 0,00180864 м2

Составим пропорцию:

0,32 г X г
?????? ? ????
0,00180864 м2 1 м2

Отсюда:
X = 0,32 • 1 : 0,00180864 ? 176,92 г

Получаем, что в первом случае на одном квадратном метре оседает приблизительно 265 г загрязнителей, а во втором – 177 г.

§3. Мониторинг кислотных осадков.

Цели:
1. Измерить уровень кислотности осадков.
2. Собрать данные по уровню кислотности осадков за определенный период времени.

Методика:
1. Поставить мерный цилиндр под открытым небом.
2. После каждого выпадения осадков сливать воду и измерять ее pH с помощью индикаторной бумаги или pH-метра. Измерять количество осадков в миллилитрах.
3. Проводить эту работу в течение одного месяца.
4. Составить гистограмму выпадения кислотных осадков.