щью щелевания и устройства траншей, заполняемых легкофильтру- ющими материалами. Однако большая трудоемкость и капиталоемкость таких сооружений не способствуют их широкому применению.
Регулирование поступления примесей с хозяйственно-бытовыми и производственными сточными водами осуществляется с помощью комплекса очистных сооружений. Состав сооружений и технологическая схема их размещения определяются составом и расходом сточных вод, необходимой глубиной очистки и устанавливается в процессе проектирования. Глубина очистки сточных вод очистными сооружениями и вынос примесей в водные объекты устанавливаются на основе нормативов предельно допустимых (ПДС) и временно согласованных сбросов (ВСС).
Обеспечение требуемого качества вод осуществляется процессами подготовки и очистки. Подготовка воды включает процессы: коагулирования, предварительную очистку, фильтрацию, обеззараживание, дезодорацию и удаление токсичных веществ. Очистка сточных вод производится деструктивными методами, основанными на разрушении примесей, и регенеративными методами, основанными на извлечении и последующей утилизации содержащихся в воде ценных компонентов.
Для очистки сточных вод используются практически все достижения современной науки и техники. Методы, базирующиеся на этих достижениях, включают: механические, биохимические, физикохимические, термохимические и термические.
Выбор метода и соответствующего оборудования определяется характеристиками загрязнений, их концентрацией, физическими и химическими свойствами, а также требованиями эффективности очистки сбросов.
Механическая очистка сточных вод. Взвешенные в воде примеси имеют широкий диапазон размеров, а их удаление требует часто нескольких ступеней очистки. Самые крупные примеси осаждаются методом процеживания воды через решетки и сита, размещаемые в коллекторах сточных вод перед отстойниками. Последующая очистка проводится методом отстаивания, т.е. осаждения под действием гравитационных сил. Для этого используются песколовки, отстойники и осветлители.
Песколовки применяют для удаления из воды частиц минеральных и органических примесей с размерами не менее 0,2 мм. В отстойниках осаждение частиц происходит под действием сил тяжести. Наиболее эффективны осветлители (рис. 15.2), в которых механическое удаление частиц проводится после обработки воды
коагулянтами. Коагулирование - это физико-химический процесс агломерации мелких частиц под действием сил молекулярного притяжения, возникающих при обработке воды солями многовалентных металлов. В результате устраняется мутность и цветность воды, а в ряде случаев снижается интенсивность вкуса и запахов. В качестве коагулянтов применяют алюминийсодержащие вещества (сернокислый глинозем AI2(S04)3) пН20 и др.), соединения железа (железный купорос FeS04 7Н20 и др.), ряд других веществ. Эффективность коагуляции увеличивается при обработке воды флокулянтами - высокомолекулярными органическими или минеральными соединениями, которые образуют макромолекулы, связывающие гидроксиды коагулянтов с примесями с выпадением крупных хлопьев. К ним относятся полиакриламид, активная кремниевая кислота, гашеная известь, едкий натр, кальцинированная сода, хлорная известь и др.
Система обработки воды включает узел для приготовления коагулянта, дозатор, смеситель, камеру хлопьеобразования и отстойник. В осветлителях смеситель и камера хлопьеобразования совмещены, а функции отстойника выполняет осадкоуплотнитель. Воду с добавкой коагулянта подают в его нижнюю часть до тех пор, пока на высоте сечения I-I не наступит равенство скорости восходящего потока и скорости выпадения из него хлопьев коагулянта с удерживаемыми им частицами взвеси. Через находящийся выше сечения I-I слой взвешенного осадка фильтруется осветленная вода, поступающая в желоб, а осадок удаляется в осадкоуловитель для дальнейшей переработки.
Для удаления из сточных вод тонкодисперсных примесей применяют фильтрацию через пористые перегородки, изготавливаемые из минеральных (металлические сетки, стекловолокно, насыпной слой и др.) или органических веществ (синтетические волокна, ткани). По принпипу действия различают поверхностные и глубинные фильтры. В первых - частицы оседают на пористую перегородку, во вторых - после оседания частицы адсорбируются перегородкой. Если количество очищаемых сточных вод достаточно велико, то приме
няют фильтры с зернистым слоем. Последние получили наибольшее распространение из-за простоты конструкции, надежности и достаточно высокой эффективности. Зернистый фильтр представляет собой резервуар, в нижней части которого имеется дренажное устройство для отвода воды. На него укладывают слой поддерживающего материала, а затем фильтрующий слой.
Зернистые фильтры подразделяют на медленные и скоростные, открытые и закрытые. В медленных фильтрах фильтрация идет через осадок загрязнений, образующихся на поверхности зерен загрузки в больших порах материала. В быстрых фильтрах пленка загрязнений не образуется, и фильтрование идет в толще слоя загрузки, где частицы задерживаются на зернах фильтрующего материала за счет сил адгезии. В таких фильтрах сточная вода подается в специальную систему с добавкой коагулянта (рис. 15.3). После фильтрации очищенная вода удаляется через дренажное устройство. Его изготавливают из пористо-бетонных сборных плит, на которых послойно размещают фильтрующий материал с высотой загрузки 1,5-2 м. После засорения слоя осадком он периодически очищается подачей снизу вверх промывных вод.
Особенностью фильтров с подвижной загрузкой (кварцевый песок с зернами 1,5-3 мм или гранитный щебень с зернами 3-10 мм) является вертикальное расположение фильтрующей перегородки и
горизонтальное движение очи-
щаемой от примесей воды. При скорости фильтрации 15 м/ч эффективность очистки составляет 50-55%. Загрязненный материал фильтра очищается от осадка в отдельном промывном устройстве, поэтому фильтр работает непрерывно, но из-за абразивного износа трубопроводов и измельчения и уноса частиц фильтрующего материала применение таких фильтров пока ограниченно.
В промышленных очистных сооружениях широко применяются центробежные сепараторы - гидроциклоны (рис. 15.4). Напорные гидроциклоны исполь
зуют для осаждения твердых примесей.
Эти аппараты имеют высокую производительность и эффективность очистки до 70%.
Сточная вода тангенциально подается в аппарат и при вращении под действием центробежной силы разделяется на два потока.
Часть жидкости с крупными частицами движется у стенок по винтовой спирали вниз к сливному отверстию. Другая часть (осветленная) поворачивается и движется вверх вблизи оси циклона к кольцевому лотку. Гидро- циклоны изготавливаются диаметром 0,7 м и высотой, примерно равной диаметру. При больших объемах очищаемых сточных вод они объединяются в мультигидроциклоны.
Для удаления из сточных вод плохо отстаивающихся нерастворимых примесей применяют метод флотации. По сравнению с отстаиванием он обеспечивает селективное выделение примесей, большую скорость процесса, высокую (95-98 %) степень очистки и возможность рекуперации удаляемых веществ. Кроме того, при флотации сточные воды аэрируются, в них снижается содержание легко окисляемых веществ и ПАВ, бактерий и микроорганизмов. Флотаторы просты по конструкции, надежны и обеспечивают непрерывный процесс очистки.
В процессе флотации пузырек воздуха сближается с гидрофобной твердой частицей и всплывает вместе с ней на поверхность воды, где образуется пенный слой, который содержит повышенную концентрацию частиц примесей и периодически удаляется из флотатора. Эффективность флотации зависит от природы примесей, смачиваемости частиц водой и характера взаимодействия реагентов с их поверхностью. Поверхностно-активные вещества (масла, жирные кислоты и их соли, амины, меркаптаны и др.) являются реагентами- собирателями и, адсорбируясь на частицах, понижают их смачиваемость, делая их гидрофобными. Поэтому прочность прилипания частицы к пузырьку максимальна.
Наиболее распространены следующие способы флотации сточных вод: с выделением воздуха из растворов, с механическим дис
пергированием воздуха, с подачей воздуха через пористую перегородку, электрофлотация, химическая флотация.
Первый способ реализуется с помощью напорных установок, применяемых для очистки сточных вод с содержанием взвеси до 4- 5 г/дм3. Процесс идет в две стадии: насыщение воды воздухом под давлением 0,15-0,4 МПа и выделение растворенного газа - при атмосферном давлении. Производительность такого аппарата лежит в пределах от 5 до 2000 м3/ч по очищенной воде (с учетом добавок коагулянтов). Основным элементом установки напорной флотации
Сточную воду, насыщенную воздухом, подают в камеру, где давление близко к атмосферному. Выделяющиеся пузырьки воздуха захватывают частицы примесей и всплывают вверх. Пенный слой с твердыми включениями донным скребком удаляют в шламоприем- ник, а осветленную воду отводят на последующее использование. Твердые частицы, осевшие на дно камеры, донным скребком сдвигают в нижнюю часть камеры и удаляют из аппарата.
Флотация с механическим диспергированием воздуха широко используется в процессах обогащения полезных ископаемых, а в последнее время и для очистки сточных вод с содержанием взвеси более 2 г/дм3. Диспергирование воздуха обеспечивается турбинками насосного типа - импеллерами (дисками с обращенными вверх лопатками). Флотация с использованием пористых керамических пластин обеспечивает высокое качество очистки, но ввиду засорения и зарастания отверстий пористого материала, а также трудностей в подборе пористых перегородок с одинаковыми отверстиями этот способ нашел ограниченное применение.
Для тонкой и сверхтонкой очистки сточных вод применяются методы обратного осмоса и ультрафильтрации. Данные методы реализуются в процессе фильтрования сточной воды через полупроницаемые мембраны при давлении Р, превышающем осмотическое. Мембраны пропускают молекулы растворителя, задерживая молеку
лы растворенного вещества, размеры которых не больше молекул растворителя (обратный осмос при давлении до 10 МПа) или на порядок их больше (ультрафильтрация при Р= 0,1-0,5 МПа). Обычно мембраны изготавливают из ацетатцеллюлозы. Установка обратного осмоса весьма проста и экономична, имеет высокую эффективность, но требует периодической замены мембран при заметном возрастании у поверхности концентрации растворенного вещества, а также работы аппаратуры при повышенных давлениях, что требует ее специального уплотнения. Обратный осмос используют для разделения растворов, содержащих частицы с размерами 0,0001-0,001 мкм, а ультрафильтрацию - для частиц с размерами 0,001-0,02 мкм. Данные методы рекомендуется применять при содержании в электролитах: одновалентных солей - не более 10%, двухвалентных - 15, многовалентных - 20%. Для органических веществ эти пределы несколько выше.
Установки мембранного разделения собирают из большого числа отдельных модулей в батареи. При небольших производительностях модули соединяют параллельно. Для увеличения выхода фильтрата модули собирают последовательно-параллельно. В случае одновременного разделения органических и неорганических веществ используют обратный осмос и ультрафильтрацию. При этом в процессе ультрафильтрации получают концентрат органических веществ, а затем - в процессе обратного осмоса - концентрат неорганических веществ и чистую воду.
Биохимическая очистка сточных вод. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать многие растворенные в сточных водах органические и неорганические соединения для питания в процессе жизнедеятельности. Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очистки. Первая группа методов основана на использовании организмов, для жизнедеятельности которых необходим дополнительный приток кислорода при температурах 20-40 °С. При этом методе аэробные микроорганизмы культивируются в активном иле или биопленке. Анаэробные методы реализуются без доступа кислорода и используются главным образом для обезвреживания осадков.
Активный ил включает живые организмы (бактерии, простейшие черви, плесневые грибы, дрожжи и др.), сообщество которых образует биоценоз, и твердый субстрат. Активный ил формирует аморфную коллоидную систему, имеющую достаточно стабильный состав, несмотря на значительные отличия сточных вод различных производств. Сухое вещество активного ила состоит на 70-90% из
органических и на 10-30% из неорганических веществ. Субстрат, содержание которого в иле может доходить до 40%, включает твердую отмершую часть остатков водорослей и различные твердые остатки. При очистке промышленных стоков в активном иле преобладают аэробные микробы.
Основную роль в процессе биохимической очистки сточных вод играют микроорганизмы, с помощью которых протекают процессы, заканчивающиеся окислением вещества с выделением энергии и синтезом новых веществ с затратами энергии. Скорость биохимических реакций определяется активностью ферментов (энзимов), зависит от температуры, pH среды и присутствия в сточной воде различных веществ. Для каждого фермента существует оптимальная температура, ниже или выше которой скорость реакции падает. Активаторами ферментов являются катионы Са2+, Mg2+, Мп2+, а ингибиторами, снижающими активность ферментов, могут быть, например, соли тяжелых металлов.
Аэробные процессы биохимической очистки могут проводиться как в природных условиях, так и в искусственных сооружениях. В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и в биологических прудах. Искусственными сооружениями являются аэротенки и биофильтры разной конструкции, в которых процессы очистки идут с большей скоростью, чем в природных условиях.
Поля орошения являются специально подготовленными земельными участками, используемыми одновременно для очистки сточных вод и в агрокультурных целях. Процессы очистки идут здесь за счет действия почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и жизнедеятельности растений. Поля фильтрации аналогичны полям орошения, но используются только для биологической очистки сточных вод. Сточные воды на очистку подают через распределительные системы в подпочвенный слой поля орошения, что наиболее полно реализует полезные свойства сточных вод как удобрений.
Биологические пруды представляют собой каскад из 3-5 ступеней водоемов, через которые медленно протекает очищаемая вода. Пруды с естественной аэрацией имеют глубину 0,5-1 м, хорошо прогреваются солнцем и заселяются водными организмами и водорослями, что способствует интенсификации процессов окисления сточных вод. Пруды с искусственной аэрацией имеют глубину более 1 м. Они снабжены системами принудительной подачи и распределения воздуха в целях обеспечения интенсивного подвода кислорода и осуществления массообменных процессов. Пруды используют в комп- 426
лексе с другими очистными сооружениями - как для биологической очистки, так и доочистки сточных вод.
Очистку в искусственных условиях проводят с помощью аэротенков или биофильтров. Аэротенк - это открытый железобетонный аэрируемый резервуар, в котором очистка идет по_мере протекания через него аэрированной смеси сточной воды и активного ила (рис. 15.6). Сточную воду сначала направляют в первичный отстойник, в который для улучшения осаждения взвешенных частиц по-
Рис, 15.6. Схема установки биологической очистки:
1 - первичный отстойник; 2 - преаоратор-усреднитель; 3 - аэротенк; 4 - регенератор; 5 - вторичный отстойник
дают часть активного ила. Из отстойника осветленная вода поступает в преаэратор-усреднитель, в который подают избыточный ил из вторичного отстойника. Здесь сточные воды предварительно аэрируются воздухом и при необходимости добавляются нейтрализующие добавки и питательные вещества. После усреднителя сточная вода поступает в аэротенк, где циркулирует активный ил. Биохимические процессы в аэротенке проходят в два этапа: адсорбция активным илом органических веществ и минерализация легко окисляющихся веществ при интенсивном потреблении кислорода; доокисление медленно окисляющихся органических веществ с менее интенсивным потреблением кислорода и регенерация активного ила в отдельной секции аэротенка - регенераторе; после этого сточная вода с илом поступает во вторичный отстойник, где происходит отделение ила от воды.
Существует множество различных конструкций аэротенков, отличающихся числом коридоров для прохода воды, организацией гидродинамического режима подачи сточных вод и воздуха, способом регенерации активного ила, количеством ступеней очистки, нагрузкой на активный ил и другими характеристиками.
Биофильтры представляют собой корпусные сооружения с кусковой насадкой и распылительными устройствами для сточной воды и воздуха. Сточная вода фильтруется через насадку, покрытую пленкой микроорганизмов. В процессе окисления сточной воды биопленка наращивает свою массу, а отработанная биопленка смывается с насадки и выводится из биофильтра. В качестве насадки применяют щебень, гравий, шлак, керамзит, металлические и пластмассовые сетки и др. Разнообразные конструкции биофильтров определяются требованиями к очистке (полной или неполной), подачей воздуха для аэрации (естественной или искусственной), с рециркуляцией или без рециркуляции сточных вод, степенью очистки (в одну или несколько ступеней).
Для первичной очистки высококонцентрированных промышленных сточных вод (БПКполн = 4-5 г/дм3), содержащих органические вещества, а также для образования осадков от биохимической очистки применяют анаэробные методы обезвреживания. Органические вещества разрушаются анаэробными бактериями в процессе брожения. Процесс брожения проводят в метанотенках - герметически закрытых емкостях с устройствами для ввода несброженного и отвода сброженного осадка. Степень сбраживания (распада органических веществ) в среднем составляет около 40%, состав выделяющихся газов: 63-65% метана, 32-34% С02. Выделяющиеся газы обычно сжигают в топках котлов.
Процесс биохимической очистки протекает более устойчиво и полно при совместной очистке промышленных и бытовых стоков, поскольку последние содержат биогенные элементы, а также разбавляют производственные сточные воды.
Физико-химическая очистка сточных вод. Адсорбцию применяют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических примесей (фенолов, ПАВ и др.) после биохимической очистки, а также если концентрация таких примесей невелика, а сами они биологически не разлагаются или сильно токсичны. Метод высокоэффективен (80-95%), позволяет очищать сточные воды, содержащие несколько веществ, допускает рекуперацию этих веществ. Адсорбционная очистка может быть регенеративной, т. е. с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией, и деструктивной, при
которой адсорбент, содержащий извлеченные из сточных вод вещества, уничтожается. В качестве адсорбентов используют активированный уголь (наиболее универсален), шлаки, глины, некоторые синтетические вещества и др.
В общем случае процесс адсорбции складывается из трех стадий. Перенос вещества из сточной воды на поверхность адсорбента. Собственно адсорбция. Перенос вещества внутри зерен адсорбента.
При адсорбции поглотитель насыщается адсорбируемым веществом. Со снижением эффективности очистки адсорбцию прекращают, а адсорбент подвергают регенерации, десорбируя из него поглощенные вещества. Процесс адсорбции ведут при интенсивном перемешивании адсорбента со сточной водой с последующим фильтрованием воды через слой адсорбента либо в псевдоожиженном слое на установках периодического или непрерывного действия. Более эффективны установки непрерывного действия.
Адсорбер с использованием способа фильтрации воды через слой адсорбента представляет собой колонну, в которой на решетке уложен сначала слой гравия, а затем слой активированного угля. Очищаемая вода подается снизу вверх, а пар для регенерации адсорбента - сверху вниз. Адсорберы с псевдоожиженным слоем (рис. 15.7) действуют иначе. Активированный уголь через воронку по трубе непрерывно подается под распределительную решетку с отверстия-
Рис. 15.7. Одноярусный адсорбер: I - решетка; 2 -труба; 3- колонна; 4 -воронка; 5 - сборник
ми 5-10 мм. Сточная вода захватывает зерна адсорбента и проходит вместе с ними через решетку, над которой образуется псевдосжижен- ный слой, где идет адсорбция. Избыток угля поступает в сборник, а из него на регенерацию. Очищенную воду через желоба отводят из колонны.
Адсорбированные ценные вещества извлекают десорбцией при регенерации активированного угля насыщенным или перегретым паром при температуре 200-300 °С и давлении 0,3-0,6 МПа или инертным газом при 120-130 °С. После десорбции пар конденсируют, а извлеченные вещества направляют на переработку. В случаях, когда адсорбированное вещество не представляет ценности, проводят деструктивную регенерацию активированного угля. Она осуществляется либо химическим методом (окисление хлором, озоном и др.), либо термическим методом (обработка в печах при температурах 700-800 °С в бескислородной среде смесью продуктов сгорания и водяного пара).
Ионообменная очистка сточных вод применяется для извлечения из сточных вод металлов (Zn, Си, Сг, Ni, Pb, V, Мп и др.), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Ионный обмен используется в процессах водоподготовки для обессоливания воды. По завершении процесса ионного обмена иониты регенерируют.
Процессы ионообменной очистки проводят в установках периодического и непрерывного действия. Последние наиболее предпочтительны для промышленных условий, поскольку позволяют при использовании компактного оборудования снизить удельный расход ионитов, реагентов для их регенерации и промывной воды. Установки непрерывного действия состоят из нескольких ионообменных аппаратов (колонн) с катионитом и анионитом, работающих с движущимся или с кипяшим слоем ионита.
При очистке сточных вод, содержащих фенолы, масла, нефтепродукты, ионы металлов, применяют методы экстракции. В общем случае экстракция более целесообразна, чем адсорбция, если концентрация извлекаемых веществ выше 3-4 г/дм3. Процесс очистки состоит из трех стадий. Сначала сточная вода интенсивно смешивается с экстрагентом (органическим растворителем) с образованием двух жидких фаз: экстракта (экстрагент с извлекаемым веществом) и рафината (сточная вода и экстрагент). Вторая стадия - разделение экстракта и рафината, третья стадия - регенерация экстрагента из экстракта и рафината. Для очистки сточных вод наиболее часто применяют процессы противоточной экстракции.
Регенерация отработавшего экстрагента проводится с применением вторичной экстракции (с другим растворителем), а также выпариванием, дистилляцией, химическим взаимодействием или осаждением. Если экстрагент не следует возвращать в цикл, то после извлечения из него ценных веществ он может быть использован для технологических целей или в качестве топлива (если экстрагированное вещество не является ценным). Для предотвращения загрязнения сточной воды частично растворимым в ней экстрагентом и сокращения потерь экстракт удаляют из рафината адсорбцией, отгонкой отработанным паром или отходяшими дымовыми газами.
Жидкостная экстракция занимает особое место в процессах извлечения ценных металлов из сточных вод и обеспечивает их концентрирование для последующей рекуперации. В качестве экстрагентов применяют органические кислоты, эфиры, спирты, кетоны, амины и др., а реэкстрагентов - водные растворы кислот и оснований.
Высококачественное удаление из сточных вод токсичных и ценных компонентов производится электрохимическими методами. Очистку проводят без использования химических реагентов на автоматизированных установках с применением процесса анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляции, электрофлокуляции и электродиализа, протекающих при пропускании постоянного тока через очищаемую воду.
Анодное окисление и катодное восстановление проводят в электролизерах. На аноде ионы отдают электроны (реакция окисления), а на катоде происходит присоединение электронов (реакция восстановления). При окислении вещества, находящиеся в сточных водах, полностью распадаются с образованием С02, NH3 и Н20 или образуют простые нетоксичные соединения, которые затем удаляют другими методами. Катоды изготавливают из стали, графита, металлов, покрытых вольфрамом, молибденом. Для анодов используют электролитически нерастворимые материалы (графит, магнетит и др.). Анодное окисление широко применяют, например, для очистки сточных вод, содержащих простые и комплексные соединения цианидов с концентрацией их до 600 мг/дм3. Катодное восстановление проводят для удаления из сточных вод ионов металлов с получением осадков, для перевода загрязняющего компонента в менее токсичную форму или в легко выводимое из воды соединение (осадок, газ).
Электрокоагулятор представляет собой ванну с электродами. При прохождении между ними сточной воды происходит ее электролиз, поляризация частиц, электрофорез, окислительно-восстано
вительные процессы и взаимодействие продуктов электролиза друг с другом.
В электрофлотаторах используется эффект удаления взвешенных частиц пузырьками газа, образующимися при электролизе воды (на аноде - кислорода, на катоде - водорода). Более эффективная очистка достигается при использовании растворимых электродов, в результате чего образуются, кроме пузырьков газа, еще и хлопья коагулянтов. Электрофлотационные установки применяют в случаях, когда обычная флотация не дает требуемого качества очистки.
Электродиализ для очистки промышленных сточных вод применяется крайне редко, хотя считается перспективным способом. Данный процесс основан на разделении ионизированных веществ под действием электродвижущей силы, создаваемой в растворе по обе стороны мембран - анионообменной и катионообменной. Первая мембрана пропускает в анодную зону анионы, а вторая - катионы в катодное пространство. Простейшая конструкция установки представляет собой ванну, разделенную на три камеры. В среднюю камеру поступает сточная вода, а в боковые камеры, где расположены соответственно катод и анод - чистая вода. При прохождении тока на аноде выделяется кислород и образуется кислота, а на катоде выделяется водород и образуется щелочь. За счет диффузии в среднюю камеру поступают ионы Н+ и ОН-, образуя воду. Применение метода ограничено тем, что при электродиализе из-за концентрационной поляризации на поверхности мембран осаждаются соли, что ухудшает показатели очистки.
К химическим реагентным методам относятся нейтрализация, окисление и восстановление компонентов сточных вод. Данные методы предполагают использование различных реагентов, что связано с весьма значительными затратами. Поэтому их применение целесообразно лишь в некоторых замкнутых системах водоснабжения перед биологической очисткой или после нее (для доочистки сточных вод). Нейтрализацию используют для подготовки сточных вод, содержащих кислоты или щелочи перед подачей в технологический процесс или для сброса в водоем. Нейтрализацию обычно проводят: смешением кислых и щелочных сточных вод (весьма перспективный способ для ряда производств) с добавлением реагентов, фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы, абсорбцией кислых газов щелочными растворами или абсорбцией аммиака кислыми водами.
Выбор способа зависит от особенностей сточных вод, отходов, побочной продукции и др., образующихся как на данном, так и на соседних с ним предприятиях. Если в производстве формируются кислые и щелочные воды, не загрязненные другими компонентами (или очищенные от таковых), то их смешивают в автоматизированной усреднительной установке до 6,5 lt;рН lt; 8,5. Осадок обезвоживают на шламовых полях или в вакуум-фильтрах. При окислении загрязнения переводятся в менее токсичные и удаляются из воды. В качестве окислителей применяют хлор, диоксид хлора, хлорат кальция, гипохлориты кальция и натрия, озон, кислород воздуха и др. Легко восстанавливаемые вещества (например, вещества, содержащие шестивалентный хром) переводят в нерастворимые соединения, обычно гидрооксиды, которые затем осаждают в щелочной среде. Восстановителями являются активированный уголь, сульфат закиси железа, тиосульфат натрия, диоксид серы, пиритный огарок и др.
Сточные воды ряда производств загрязнены летучими примесями органического и неорганического происхождения, в том числе сероводородом, диоксидом серы, диоксидом углерода и др. Удаление таких примесей осуществляется десорбцией. При пропускании инертного газа, малорастворимого в воде (воздух, диоксид углерода, дымовые газы и др.) через сточную воду летучий компонент диффундирует в газовую фазу, поскольку парциальное давление газа над раствором больше, чем в окружающем воздухе. Десорбцию осуществляют в тарельчатых, каскадных и распылительных колоннах. Количество вещества, перешедшего в газовую фазу, растет с увеличением температуры среды, поверхности контакта фаз и коэффициента массопереноса. Десорбированное из воды вещество направляют на адсорбцию или каталитическое сжигание.
В некоторых сточных водах содержатся дурно пахнущие вещества (сероводород, углеводороды, аммиак, альдегиды и пр.). Для их дезодорации можно использовать ряд способов: аэрацию, хлорирование, ректификацию, дистилляцию, обработку продуктами сжигания топлива, окисление кислородом под давлением, озонирование, экстракцию, адсорбцию и микробиологическое окисление. Наиболее эффективной является аэрация воды при продувании ее сжатым воздухом (процесс десорбции). Применение иных способов связано со специфическими особенностями содержащихся в воде примесей. Например, для эффективной очистки воды от сероводорода окислением кислородом воздуха при атмосферном давлении процесс проводят в присутствии катализатора (железной стружки, графитового материала и др.) в аэрационном бассейне, продуваемом сжатым воздухом. При этом часть сероводорода окисляется до элементной серы, а другая часть отдувается воздухом в адсорбер с активированным углем. После насыщения активированный уголь регенерируют сульфатом аммония.
Присутствие в сточных водах растворенных газов существенно затрудняет очистку таких вод и их использование. Растворенные газы удаляют дегазацией, осуществляемой химическим, термическим или десорбционным (аэрационным) методами. Выбор метода зависит от растворенного газа и его концентрации в воде. Наиболее распространенным способом на предприятиях является аэрация, проводимая в зависимости от требуемой производительности в пленочных, насадочных, барботажных или вакуумных дегазаторах.
Термохимические и термические методы обезвреживания сточных вод. Особое место в технологиях очистки сточных вод занимают методы их обезвреживания от содержащихся минеральных солей Са, Mg, Na и др., а также органических соединений. Термические методы реализуются рядом способов: концентрированием сточных вод с последующим выделением твердых веществ; окислением органических примесей в присутствии катализатора; жидкофазным окислением органических веществ; огневым обезвреживанием,
Концентрирование применяют для удаления из воды минеральных солей. Для этого используют испарительные (выпарные) установки и установки вымораживания, позволяющие получить концентрированные водные растворы солей. Последующая обработка этих растворов в кристаллизаторах с отделением кристаллов от маточного раствора на фильтрах и сушка в распылительных (или аналогичных по назначению) сушилках позволяет получать твердый продукт, имеющий высокую потребительную стоимость.
Для обезвреживания сточных вод с небольшим содержанием органических примесей применяют термоокислительную обработку жидкофазным, парофазным каталитическим окислением или огневым методом. Окисление примесей осуществляют кислородом воздуха при повышенных температурах с образованием нетоксичных соединений.
Жидкофазное окисление применяют при наличии в сточных водах достаточного количества органических соединений. Процесс проводят при температурах 100-350 °С и давлении 2-28 МПа. Сначала сточную воду смешивают с воздухом, нагнетаемым в нее компрессором, и насосом подают в теплообменник. Подогретая теплом отходящей очищенной воды сточная вода подается затем для дальнейшего нагрева в печь. Нагретая до заданной температуры вода поступает в реактор, где идет процесс окисления, сопровождающийся значительным тепловыделением. Продукты окисления (пар, газы, зола) и воду направляют в сепаратор, где газы отделяют от жидкости и направляют на утилизацию тепла, а воду с золой пропускают через теплообменник и фильтр для отделения золы. Данный метод отличается простотой, гибкостью и позволяет очищать большие количества сточных вод. Недостатками являются неполное окисление некоторых токсичных веществ (необходимо комбинирование с другими методами) и высокая коррозия оборудования в кислых средах. />Парофазное каталитическое окисление - это гетерогенный процесс окисления летучих органических веществ кислородом воздуха при повышенной температуре. Процесс интенсивно протекает в паровой среде контактных аппаратов в присутствии медно-хромового, цинк-хромового и других катализаторов. Степень обезвреживания достигает 99,8% при высокой производительности установки. Сточную воду подают в выпарной аппарат, откуда «упаренная» вода поступает в центрифугу, из которой обезвоженный осадок направляют на обезвреживание сжиганием в печи. Водяной пар с летучими соединениями подают в теплообменник, где он подогревается теплом парогазовой смеси, отходящей из контактного аппарата. После теплообменника пары смешивают с горячим воздухом и направляют в контактный аппарат для окисления. Продукты сжигания осадка из печи поступают в котел-утилизатор, а вырабатываемый пар подается в выпарной аппарат. Основным недостатком установки является возможность отравления катализаторов соединениями фтора, фосфора, серы (которые должны предварительно удаляться из сточной воды).
Из термических методов огневой является наиболее универсальным и эффективным. Он реализуется в процессе распыления сточных вод в топочных газах, имеющих температуру 900-1000 вС. При этом вода полностью испаряется, примеси выгорают, а минеральные вещества образуют твердые или оплавленные частицы. Для сжигания используют печи различных конструкций: камерные, циклонные, с псевдосжиженным слоем. Наиболее эффективными и имеющими высокую производительность являются циклонные печи. В них, благодаря вихревому характеру движения газового потока и подаче распыленной жидкости в такой поток, интенсивно развиваются явления тепло- и массопереноса. Циклонные печи оборудуются системами рекуперации тепла и очистки отходящих газов. Недостатком таких печей является большой унос солей газовым потоком. Эти
соли образуются при термической обработке сточных вод, содержащих оксиды Са, Mg, Ва, К, Na и другие вещества, которые могут взаимодействовать с продуктами сгорания, например: MgO + С02 = = MgC03.
Относительная простота технологий огневого обезвреживания сточных вод и возможность достижения высоких степеней очистки делает эти методы весьма перспективными.
Методы защиты гидросферы
Гидросфера земли.
Гидросфера - водная среда, которая включает поверхностные и подземные воды. Поверхностные воды в основном сосредоточены в Мировом океане, содержащем около 91% всей воды на Земле. Поверхность Мирового океана (акватория) составляет 361 млн/км квадратных. Она примерно в 2,04 раза больше площади суши – территории, занимающей 149 млн/км квадратных. Если распределить воду ровным слоем, то она покроет Землю толщиной в 3000 метров.
Вода в океане (94%) и под землей – соленая. Количество пресной воды составляет 6% общего объема воды на Земле, причем очень малая ее доля всего 0,36% имеется в легкодоступных для добычи местах.
Каждый житель Земли в среднем потребляет 650 м кубических воды в год (1780 литров в сутки). Однако для удовлетворения физиологических потребностей достаточно 2,5 литра в день, т.е. около 1 м кубического в год.
Вода – не только условие жизни индивидуального организма. Без нее не возможно было бы существование биосферы, жизни на Земле, поскольку круговорот веществ и энергии в биосфере возможен только с участием воды. В ходе круговорота воды с поверхности Мирового океана ежегодно испаряется 453 000 куб. м. воды.
Виды загрязнения поверхностных и подземных вод:
физическое – повышение содержания механических
примесей, свойственное в основном поверхностным видам
загрязнения;
химическое – наличие в воде неорганических и органических
веществ токсического и нетоксического действия;
радиоактивное – присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;
бактериальное и биологическое - наличие в воде
разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и
мелких водорослей;
Источники загрязнения.
Источниками загрязнения признаются объекты, с которых осуществляется сброс или иное поступление в водные объекты вредных веществ, ухудшающее качество поверхностных вод, ограничивающих их использование, а также негативно влияющих на состояние дна и береговых водных объектов.
1) Промышленные, сельскохозяйственные, бытовые сточные воды
Промышленные: В индустриально развитых странах главным потребителем воды и самым крупным источником стоков является промышленность. Вода выполняет разные функции, например служит сырьем, обогревателем и охладителем в технологических процессах, кроме того, транспортирует, сортирует и промывает разные материалы. Вода также выводит отходы на всех стадиях производства - от добычи сырья, подготовки полуфабрикатов до выпуска конечной продукции и ее расфасовки. Поскольку гораздо дешевле выбрасывать отходы разных производственных циклов, чем перерабатывать и утилизовать, с промышленными стоками сбрасывается громадное количество разнообразных органических и неорганических веществ.
Сельскохозяйственные: Вторым основным потребителем воды является сельское хозяйство, использующее ее для орошения полей. Стекающая с них вода насыщена растворами солей и почвенными частицами, а также остатками химических веществ, способствующих повышению урожайности. К ним относятся инсектициды; фунгициды; гербициды, знаменитое средство борьбы с сорняками; и прочие пестициды, а также органические и неорганические удобрения, содержащие азот, фосфор, калий и иные химические элементы.
Кроме химических соединений, в реки попадает большой объем фекалий и других органических остатков с ферм, где выращиваются мясо-молочный крупный рогатый скот, свиньи или домашняя птица. Много органических отходов также поступает в процессе переработки продукции сельского хозяйства (при разделке мясных туш, обработке кож, производстве пищевых продуктов и консервов и т.д.).
Бытовые сточные воды : Наиболее известным источником загрязнения воды, которому традиционно уделяется главное внимание, являются бытовые (или коммунальные) сточные воды. В растворенном виде в сточных водах присутствуют мыло, синтетические стиральные порошки, дезинфицирующие средства, отбеливатели и другие вещества бытовой химии. Из жилых домов поступает бумажный мусор, включая туалетную бумагу и детские подгузники, отходы растительной и животной пищи. С улиц в канализацию стекает дождевая и талая вода, часто, с песком или солью, используемыми для ускорения таяния снега и льда на проезжей части улиц и тротуарах.
2) Бытовые отходы
В моря и океаны через реки, непосредственно с суши, а также с судов и барж попадают жидкие и твёрдые бытовые отходы. Часть этих загрязнений оседает в прибрежной зоне, а часть под влиянием морских течений и ветра рассеивается в разных направлениях. Бытовые отходы опасны тем, что они являются переносчиками болезней человека (главным образом кишечной группы – брюшной тиф, дизентерия, холера.
3) Загрязнение нефтью и нефтепродуктами
Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. К началу 80-ых годов в океан ежегодно поступало около 16 млн. т. нефти, что составляло 0, 23% мировой добычи. Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Слив за борт танкерами промывочных и балластных вод, при авариях танкеров и разрывов на трубопроводах. - все это обуславливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей.
4) Загрязнение ионами тяжелых металлов
Загрязнение тяжелыми металлами. Нарушает жизнедеятельность водных организмов и человека. Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу. Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу. Свинец - типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свинец активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания.
5) Кислотные дожди
Загрязнение кислотными дождями. Приводит к закислению водоемов и гибели экосистем.
Термином "кислотные дожди" называют все виды метеорологических осадков - дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, - рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды (средний рН для дождевой воды равняется 5.6).
6) Тепловое
Тепловое загрязнение вызывает сброс в водоемы подогретых вод ТЭС и АЭС, что приводит к массовому развитию синезеленых водорослей, так называемому цветению воды, уменьшению количества кислорода и отрицательно влияет на флору и фауну водоемов.
Последствия загрязнения
1. Проблема пресной воды, органическое загрязнение водоемов, ухудшение качества питьевой воды.
2. Гибель растений и животных.
3. Неконтролируемое развитие водорослей.
4. Гибель водных экосистем с непроточной водой.
5. Заболачивание местности.
Методы очистки сточных вод
Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические, когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того или иного метода, в каждом конкретном случае, определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.
1. Механический метод
Сущность механического метода состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Грубодисперсные частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками, ситами, песколовками, септиками, навозоуловителями различных конструкций, а поверхностные загрязнения - нефтеловушками, бензомаслоуловителями, отстойниками и др. Механическая очистка позволяет выделять из бытовых сточных вод до 60-75 % нерастворимых примесей, а из промышленных - до 95 %, многие из которых, как ценные примеси, используются в производстве.
2. Химический метод
Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95 % и растворимых до 25 %
3. Физико-химический метод
При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонко дисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества, чаще всего из физико-химических методов применяется коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д. Широкое применение находит также электролиз. Он заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ. Электролитическая очистка осуществляется в особых сооружениях - электролизерах. Очистка сточных вод с помощью электролиза эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и некоторых других областях промышленности.
Загрязненные сточные воды очищают также с помощью ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления, хорошо зарекомендовала себя очистка путем хлорирования.
4. Биологический метод
Среди методов очистки сточных вод большую роль должен сыграть биологический метод, основанный на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов. Есть несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, биологические пруды и аэротенки.
В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биологического окисления. Именно она служит действующим началом в биофильтрах. В биологических прудах в очистке сточных вод принимают участие все организмы, населяющие водоем. Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Здесь очищающее начало - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии (не слипающиеся в хлопья) омолаживают бактериальную массу ила.
Сточные воды перед биологической очисткой подвергают механической, а после нее для удаления болезнетворных бактерий и химической очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции используют также другие физико-химические приемы (ультразвук, электролиз, озонирование и др.)
Биологический метод дает большие результаты при очистке коммунально-бытовых стоков. Он применяется также и при очистке отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производстве искусственного волокна.
Самоочищение водоемов
Факторы самоочищения водоемов: физические, химические, биологические.
Каждый водоем – это сложная система, где обитают бактерии, высшие водные растения, различные беспозвоночные животные. Совокупная их деятельность обеспечивает самоочищение водоемов. Но этот процесс затруднен в связи с нарушением биологического равновесия, поэтому одна из природоохранных задач поддержать способность самоочищения водоемов от примесей.
Среди физических факторов первостепенное значение имеет разбавление, растворение и перемешивание поступающих загрязнений. Хорошее перемешивание и снижение концентраций взвешенных частиц обеспечивается быстрым течением рек. Способствует самоочищению водоемов оседание на дно нерастворимых осадков, а также отстаивание загрязненных вод. В зонах с умеренным климатом река самоочищается через 200-300 км от места загрязнения, а на Крайнем Севере – через 2 тыс. км.
Обеззараживание воды происходит под влиянием ультрафиолетового излучения Солнца. Эффект обеззараживания достигается прямым губительным воздействием ультрафиолетовых лучей на белковые коллоиды и ферменты протоплазмы микробных клеток, а также споровые организмы и вирусы.
Из химических факторов самоочищения водоемов следует отметить окисление органических и неорганических веществ. Часто дают оценку самоочищения водоема по отношению к легко окисляемому органическому веществу или по общему содержанию органических веществ.
Санитарный режим водоема характеризуется прежде всего количеством растворенного в нем кислорода. Его должно быть не менее 4 мг на 1 л воды в любой период года для водоемов первого и второго видов. К первому виду относят водоемы, используемые для водоснабжения предприятий, ко второму – используемые для купания, спортивных мероприятий.
К биологическим факторам самоочищения водоема относятся водоросли, плесневые и дрожжевые грибки.
Самоочищению водоемов от бактерий и вирусов могут способствовать и представители животного мира. Каждый моллюск отфильтровывает в сутки более 30 л воды.
Чистота водоемов немыслима без охраны их растительности. Только на основе глубокого знания экологического состояния каждого водоема, эффективного контроля за развитием, населяющих его различных живых организмов, можно достичь положительных результатов, обеспечить прозрачность и высокую биологическую продуктивность рек, озер и водохранилищ.
Неблагоприятно на процессы самоочищения водоемов влияют и другие факторы. Химическое загрязнение водоемов промышленными стоками тормозит естественные окислительные процессы, убивает микроорганизмы. То же относится и к спуску термальных сточных вод тепловыми электростанциями.
Многостадийный процесс, иногда растягивающийся на длительное время – самоочищение от нефти. В природных условиях комплекс физических процессов самоочищения воды от нефти состоит из ряда составляющих: испарения; оседания комочков, особенно перегруженных наносами и пылью; слипание комочков, взвешенных в толще воды; всплывания комочков, образующих пленку с включениями воды и воздуха; снижения концентраций взвешенной и растворенной нефти вследствие оседания, всплывания и смешивания с чистой водой. Интенсивность этих процессов зависит от свойств конкретного вида нефти (плотность, вязкость, коэффициент теплового расширения), наличия в воде коллоидов, взвешенных частиц планктона и т.д., температура воздуха и от солнечного освещения.
3. Бессточные производства
Темпы развития индустрии сегодня настолько высоки, что одноразовое использование для производственных нужд запасов пресной воды – недопустимая роскошь.
Поэтому ученые заняты разработкой новых бессточных технологий, что практически полностью решит проблему защиты водоемов от загрязнения.
При замкнутой технологии предприятие использованную и очищенную затем воду возвращает в оборот, а из внешних источников только пополняет потери.
Охрана поверхностных вод РФ
Водное законодательство России регулирует отношения в области использования и охраны водных объектов в целях обеспечения прав граждан на чистую воду и благоприятную водную среду; поддержание оптимальных условий водопользования; качества поверхностных и подземных вод в соответствии с санитарными и экологическими требованиями; защиты водных объектов от загрязнения, засорения и истощения; сохранения биологического разнообразия водных экосистем.
Согласно Водному кодексу РФ, использование водных объектов для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения является приоритетным. Для этих водоснабжений должны использоваться защищенные от загрязнения и засорения поверхностные и подземные водные объекты.
Запрещается сброс сточных и дренажных вод в водные объекты:
2. отнесенные к особо охраняемым;
3. находящиеся в курортных зонах, местах отдыха населения;
4. находящиеся в местах нереста и зимовки ценных и особо охраняемых видов рыб, в местах обитания ценных и занесенных в Красную книгу видов животных и растений.
Порядок разработки и утверждения нормативов предельно допустимых вредных воздействий на водные объекты устанавливается правительством РФ.
4. Мониторинг водных объектов
14 марта 1997 г. правительство РФ утвердило «Положение о введении государственного мониторинга водных объектов».
Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды ведет наблюдение за загрязнением поверхностных вод суши. Санитарно-эпидемологическая служба РФ отвечает за санитарную охрану водоемов. Работает сеть санитарных лабораторий на предприятиях для изучения состава сточных вод и качества воды водоемов. Работа осуществляется с помощью автоматических приборов. Электрические датчики постоянно измеряют концентрации загрязнений, что способствует быстрому принятию решений в случае неблагоприятных воздействий на источники водоснабжения.
Заключение.
Логика развития жизни на Земле определяет деятельность человека как главный фактор, причем биосфера может существовать без человека, но человек не может существовать без биосферы. Фактором существования биосферы является чистая вода. Следующие поколения не простят нам то, что мы лишили их возможности наслаждаться первозданной природой. Сохранить гармонию человека и природы – основная задача, которая стоит перед настоящим поколением. Это требует изменения многих ранее сложившихся представлений о соизмерении человеческих ценностей. Необходимо развитие у каждого человека «экологического сознания», которое будет определять выбор вариантов технологий, строительства предприятий и использования природных ресурсов.
Замечание 1
Любой водный объект, независимо от того, где он находится и какие имеет размеры, связан с окружающей средой и находится под многочисленным влиянием – это могут быть природные явления, условия формирования стока, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека и др.
Любое влияние имеет свои последствия и, прежде всего, привносит в водную среду новые вещества, не свойственные ей. Этими новыми веществами являются многочисленные загрязнители, ухудшающие качество воды.
Определение 1
Загрязнение водных ресурсо в – это физические, химические и биологические изменения свойств воды в результате сброса в них вредных веществ разного состояния.
Сброшенные вредные вещества создают большие неудобства для использования воды и наносят вред здоровью и безопасности человека, а также наносят ущерб хозяйству страны. Все объекты, сбрасывающие вредные вещества, являются источниками загрязнения .
Выделяются следующие типы загрязнения вод:
Самыми крупными и, пожалуй, основными источниками не только загрязнений, но и засорений водных объектов являются сточные воды промышленности, коммунального хозяйства, животноводческих комплексов, добывающих предприятий, сбросы транспорта и др.
Специалисты выделяют три группы сточных вод исходя из условий их образования:
Пресные воды планеты в настоящее время имеют низкое качество и $80$ % заболеваний по данным ВОЗ , вызваны именно этим. Страны мира вплотную столкнулись с проблемой чистой воды. В $90$-е годы $XX$ века $50$ млн. американцев потребляли воду, загрязненную токсичными веществами. Около $900$ тыс. человек в США ежегодно заболевают по причине употребления некачественной воды. Чтобы соблюсти стандарты здравоохранения по питьевой воде американский конгресс утвердил создание фонда для модернизации $55$ тыс. коммунальных систем водоснабжения. Модернизация предусматривала защиту систем водоснабжения от микробиологических загрязнений, предотвращения загрязнения свинцом, нитратами и другими вредными веществами. Несмотря на то, что Россия достаточно хорошо обеспечена пресными водами, их качество оставляет желать лучшего.
Пробы российской водопроводной воды показали:
Вредное воздействие антропогенных загрязнений коснулось практически всех источников на поверхности. Более всего от этого воздействия страдают Волга, Дон, Северная Двина, Уфа, Тобол, Томь, реки Сибири и Дальнего Востока. Все большее количество рек теряют свое питьевое значение и переходят в разряд «условно чистых » и «грязных ». Питьевая вода, которую потребляет $70$ % населения РФ, не соответствует ГОСТу . Хлор, который используется для дезинфекции воды, с одной стороны убивает инфекции, а с другой стороны, обладая канцерогенным, мутагенным эффектом, медленно, но верно убивает человека.
Как показали американские исследования , люди, постоянно потребляющие хлорированную воду, на $21$ % увеличивают вероятность рака мочевого пузыря, на $38$ % рака прямой кишки и, тем не менее, $75$ % американской воды хлорируется.
Японцы очищают воду с помощью озона , но он не обладает долговременным действием соединений хлора, поэтому перед употреблением воду надо очищать. Чтобы в какой-то степени освободиться от хлора в течение от нескольких часов и до суток, воду целесообразно отстаивать. Сырая вода может потребляться только в крайних случаях.
Горячую водопроводную воду , поскольку она химически более агрессивна, использовать для приготовления пищи нежелательно . Для очистки воды в домашних условиях используют различные бытовые фильтры , с помощью которых происходит удаление микробов, хлора и его производных, тяжелых металлов, нитратов и нитритов, пестицидов. Но, есть вторичная опасность загрязнения воды – на самом фильтре могут оседать вредные микроорганизмы.
В Америке и Японии сейчас используются электрохимические фильтры . Это российско-английский фильтр «Изумруд ». Действие фильтра основано на химической реакции, происходящей в присутствии катализатора под воздействием сильного электрического поля.
Результат впечатляет:
Замечание 2
При других способах очистки такие результаты недостижимы. К тому же эти фильтры не содержат расходуемых материалов, поэтому, как бы, вечны, но требуют электроэнергии.
Чтобы защитить поверхностные воды от загрязнения, которые являются частью гидросферы, предусмотрен целый ряд мероприятий:
В основном поверхностные воды загрязняются сточными водами , а это значит, что их очистка с экологической точки зрения, является очень важной.
Существуют 3 основных способа очистки сточных вод:
Механическая очистка предусматривает 4 процесса:
Для того чтобы удалить из сточных вод крупные и волокнистые включения процеживание осуществляют в решетках и волокноуловителях. Ширина зазоров в них составляет $10$-$20$ мм.
При отстаивании происходит оседание примесей, плотность которых $p > p$ воды или их всплытие с $p фильтрования. Фильтры при этом могут быть $2$-х типов – зернистые и тканевые .
Физико-химическая очистка помогает удалить растворимые примеси, а иногда и взвешенные вещества из сточных вод.
Существует несколько способов этой очистки:
Защита гидросферы организована в России с учетом особенностей поступления в водные объекты примесей и включает регулирование:
Поверхностного стока на водосборе;
Качества сточных вод;
Качества воды в объектах.
Вынос примесей в водные объекты с площади водосбора пропорционален поступающему в них стоку воды. Поэтому уменьшение диффузных (рассредоточенных) поступлений примесей достигается реализацией мероприятий, способствующих задержанию стока на водосборе. К таким мероприятиям относятся повышение степени залесенности водосборов, лиманное орошение, вспашка сельскохозяйственных полей в осенний период.
Регулирование поступления примесей с хозяйственно-бытовыми и производственными сточными водами осуществляется с помощью комплекса очистных сооружений. Состав сооружений и технологическая схема их размещения определяются составом и расходом сточных вод, необходимой глубиной очистки и устанавливается в процессе проектирования.
Глубина очистки сточных вод очистными сооружениями и вынос примесей в водные объекты устанавливаются на основе нормативов предельно-допустимых (ПДС) и временно согласованных сбросов (ВСС).
Для очистки сточных вод используются механические, биохимические,
физико-химические, термохимические и термические методы.
Выбор метода и соответствующего оборудования определяется характеристиками загрязнений, их концентрацией, физическими и химическими свойствами, а также требованиями эффективности очистки сбросов.
Механическая очистка сточных вод. Взвешенные в воде примеси имеют широкий диапазон размеров и их удаление требует часто нескольких ступеней очистки. Самые крупные примеси осаждаются методом процеживания воды через решетки и сита, размещаемые в коллекторах сточных вод перед отстойниками. Последующая очистка проводится методом отстаивания, т.е. осаждения под действием гравитационных сил. Для этого используются песколовки, отстойники и осветлители. Песколовки применяют для удаления из воды частиц минеральных и органических примесей с размерами не менее 0,2 мм. В отстойниках осаждение частиц происходит под действием сил тяжести. Наиболее эффективны осветлители, в которых механическое удаление частиц проводится после обработки воды коагулянтами. Коагулирование – это физико-химический процесс агломерации мелких частиц под действием сил молекулярного притяжения, возникающих при обработке воды солями многовалентных металлов. В результате устраняется мутность и цветность воды, а в ряде случаев снижается интенсивность вкуса и запахов.
Для удаления из сточных вод тонкодисперсных примесей применяют фильтрацию через пористые перегородки, изготавливаемые из минеральных (металлические сетки, стекловолокно, насыпной слой и др.) или органических веществ (синтетические волокна, ткани). По принципу действия различают поверхностные и глубинные фильтры. В первых – частицы оседают на пористую перегородку, во вторых – после оседания частицы адсорбируются перегородкой. Если количество очищаемых сточных вод достаточно велико, то применяют фильтры с зернистым слоем.
В промышленных очистных сооружениях широко применяются центробежные сепараторы – гидроциклоны для осаждения твердых примесей. Эти аппараты имеют высокую производительность и эффективность очистки до 70 %. Сточная вода тангенциально подается в аппарат и при вращении под действием центробежной силы разделяется на два потока. Часть жидкости с крупными частицами движется у стенок по винтовой спирали вниз к сливному отверстию. Другая часть (осветленная) поворачивается и движется вверх вблизи оси циклона к кольцевому лотку.
Для удаления из сточных
| |
Для тонкой и сверхтонкой очистки сточных вод применяются методы обратного осмоса и ультрафильтрации .
Данные методы реализуются в процессе фильтрования сточной воды через полупроницаемые мембраны при давлении - Р, превышающем осмотическое. Мембраны пропускают молекулы растворителя, задерживая молекулы растворенного вещества, размеры которых не больше молекул растворителя (обратный осмос при давлении до 10 МПа) или на порядок их больше (ультрафильтрация при Р=0,1-0,5 МПа). Обычно мембраны изготавливают из ацетатцеллюлозы. Установка обратного осмоса весьма проста и экономична, имеет высокую эффективность, но требует периодической замены мембран при заметном возрастании у поверхности концентрации растворенного вещества. Обратный осмос используют для разделения растворов, содержащих частицы с размерами 0,0001-0,001 мкм, а ультрафильтрацию - для частиц размерами 0,001-0,02 мкм.
Биохимическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов – использовать многие растворенные в сточных водах органические и неорганические соединения для питания в процессе жизнедеятельности. Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очистки. Первая группа методов основана на использовании организмов, для жизнедеятельности которых необходим дополнительный приток кислорода при температурах 20-40 0 С. При этом методе аэробные микроорганизмы культивируются в активном иле или биопленке. Анаэробные методы реализуются без доступа кислорода и используются главным образом для обезвреживания осадков.
Аэробные процессы биохимической очистки проводят как в природных условиях, так и в искусственных сооружениях. В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и в биологических прудах. Искусственными сооружениями являются аэротенки – открытые железобетонные аэрируемые резервуары, в которых очистка идет по мере протекания через него аэрированной смеси сточной воды и активного ила, а также биофильтры разной конструкции, в которых процессы очистки идут с большей скоростью, чем в природных условиях. Биофильтры представляют собой корпусные сооружения с кусковой насадкой и распылительными устройствами для сточной воды и воздуха. Сточная вода фильтруется через насадку, покрытую пленкой микроорганизмов. В процессе окисления сточной воды биопленка наращивает свою массу, а отработанная биопленка смывается с насадки и выводится из биофильтра. В качестве насадки используют щебень, гравий, шлак, керамзит, металлические и пластмассовые сетки и др.
Для первичной очистки высококонцентрированных промышленных сточных вод (БПК полн »4-5 г/дм 3), содержащих органические вещества, а также для образования осадков от биохимической очистки применяют анаэробные методы обезвреживания. Органические вещества разрушаются анаэробными бактериями в процессе брожения. Процесс брожения проводят в метанотенках - герметически закрытых емкостях с устройствами для ввода несброженного и отвода сброженного осадка. Степень сбраживания (распада органических веществ) в среднем составляет около 40 %, состав выделяющихся газов: 63-65 % метана, 32-34 % СО 2 . Выделяющиеся газы обычно сжигают в топках котлов для получения тепловой энергии.
Процесс биохимической очистки протекает более устойчиво и полно при совместной очистке промышленных и бытовых стоков, поскольку последние содержат биогенные элементы, а также разбавляют производственные сточные воды.
Физико-химическая очистка сточных вод. Адсорбцию применяют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических примесей (фенолов, ПАВ и др.) после биохимической очистки, а также, если концентрация таких примесей невелика и они биологически не разлагаются или сильно токсичны. Метод высокоэффективен (80-95 %), позволяет очищать сточные воды, содержащие несколько веществ, допускает рекуперацию этих веществ. Адсорбционная очистка может быть регенеративной, т.е. с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией и деструктивной, при которой адсорбент, содержащий извлеченные из сточных вод вещества уничтожается. В качестве адсорбентов используют активированный уголь, шлаки, глины, некоторые синтетические вещества и др.
При адсорбции поглотитель насыщается адсорбируемым веществом. Со снижением эффективности очистки адсорбцию прекращают, а адсорбент подвергают регенерации, десорбируя из него поглощенные вещества.
Адсорбер с использованием способа фильтрации воды через слой адсорбента, представляет собой колонну, в которой на решетке уложен сначала слой гравия, а затем слой адсорбента. Очищаемая вода подается снизу вверх, а пар для регенерации адсорбента - сверху вниз. Адсорберы с псевдоожиженным слоем действуют иначе. Адсорбент через воронку по трубе непрерывно подается под распределительную решетку с отверстиями 5-10 мм. Сточная вода захватывает зерна адсорбента и проходит вместе с ними через решетку, над которой образуется псевдоожиженный слой, где идет адсорбция. Избыток адсорбента поступает в сборник и из него на регенерацию. Очищенную воду через желоба отводят из колонны.
Адсорбированные ценные вещества извлекают десорбцией при регенерации адсорбента насыщенным или перегретым паром при температуре 200-300 0 С и давлении 0,3-0,6 МПа, или инертным газом при 120-130 0 С. После десорбции пар конденсируют и извлеченные вещества направляют на переработку.
Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод металлов (Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, V, Mn и др.), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Ионный обмен используется в процессах водоподготовки для обессоливания воды. По завершении процесса ионного обмена иониты регенерируют.
Процессы ионообменной очистки промышленных стоков проводят, как правило, в установках непрерывного действия. Установки состоят из нескольких ионообменных аппаратов (колонн) с катионитом и анионитом, работающих с движущимся или с кипящим слоем ионита.
При очистке сточных вод, содержащих фенолы, масла, нефтепродукты, ионы металлов применяют методы экстракции. В общем случае экстракция более целесообразна, чем адсорбция, если концентрация извлекаемых веществ выше 3-4 г/дм 3 . Процесс очистки состоит из трех стадий. Сначала сточная вода интенсивно смешивается с экстрагентом (органическим растворителем) с образованием двух жидких фаз: экстракта (экстрагент с извлекаемым веществом) и рафината (сточная вода и экстрагент). Вторая стадия - разделение экстракта и рафината, третья стадия - регенерация экстрагента из экстракта и рафината.
Для очистки сточных вод наиболее часто применяют процессы противоточной экстракции.
Регенерация отработавшего экстрагента проводится с применением вторичной экстракции (с другим растворителем), а также выпариванием, дистилляцией, химическим взаимодействием или осаждением.
Высококачественное удаление из сточных вод токсичных и ценных компонентов производится электрохимическими методами. Очистку проводят без использования химических реагентов на автоматизированных установках с применением процессов анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляции, электрофлокуляции и электродиализа, протекающих при пропускании постоянного тока через очищаемую воду.
Анодное окисление и катодное восстановление проводят в электролизерах. На аноде ионы отдают электроны (реакция окисления), а на катоде происходит присоединение электронов (реакция восстановления). При окислении вещества, находящиеся в сточных водах, полностью распадаются с образованием CO 2 , NH 3 и H 2 O, или образуют простые нетоксичные соединения, которые затем удаляют другими методами. Катоды изготавливают из стали, графита, металлов, покрытых вольфрамом, молибденом. Для анодов используют электролитически нерастворимые материалы (графит, магнетит и др.). Анодное окисление широко применяют, например, для очистки сточных вод, содержащих простые и комплексные соединения цианидов. Катодное восстановление проводят для удаления из сточных вод ионов металлов с получением осадков, для перевода загрязняющего компонента в менее токсичную форму или в легко выводимое из воды соединение (осадок, газ).
Электрокоагулятор представляет собой ванну с электродами. При прохождении между ними сточной воды происходит ее электролиз, поляризация частиц, электрофорез, окислительно-восстановительные процессы и взаимодействие продуктов электролиза друг с другом.
В электрофлотаторах используется эффект удаления взвешенных частиц пузырьками газа, образующимися при электролизе воды (на аноде - кислорода, на катоде - водорода). Более эффективная очистка достигается при использовании растворимых электродов, в результате чего образуются кроме пузырьков газа еще и хлопья коагулянтов. Электрофлотационные установки применяют в случаях, когда обычная флотация не дает требуемого качества очистки.
Электродиализ для очистки промышленных сточных вод применяется крайне редко, хотя считается перспективным способом. Процесс основан на разделении ионизированных веществ под действием электродвижущей силы, создаваемой в растворе по обе стороны мембран - анионообменной и катионообменной. Первая мембрана пропускает в анодную зону анионы, а вторая - катионы в катодное пространство.
К химическим реагентным методам относятся нейтрализация, окисление и восстановление компонентов сточных вод. Данные методы предполагают использование различных дорогостоящих реагентов. Поэтому их применение ограничено.
Сточные воды ряда производств загрязнены летучими примесями органического и неорганического происхождения, удаление которых осуществляется десорбцией. При пропускании инертного газа, малорастворимого в воде (воздух, диоксид углерода, дымовые газы и др.) через сточную воду, летучий компонент диффундирует в газовую фазу, поскольку парциальное давление газа над раствором больше, чем в окружающем воздухе. Десорбцию осуществляют в тарельчатых, каскадных и распылительных колоннах. Десорбированное из воды вещество направляют на адсорбцию или каталитическое сжигание.
В некоторых сточных водах содержатся дурно пахнущие вещества (сероводород, углеводороды, аммиак, альдегиды и пр.). Для их дезодорации используют ряд способов: аэрацию, хлорирование, ректификацию, дистилляцию, обработку продуктами сжигания топлива, окисление кислородом под давлением, озонирование, экстракцию, адсорбцию и микробиологическое окисление.
Термохимические и термические методы обезвреживания сточных вод . Особое место в технологиях очистки сточных вод занимают методы их обезвреживания от содержащихся минеральных солей Ca, Mg, Na и др., а также органических соединений. Термические методы реализуются рядом способов:
Концентрированием сточных вод с последующим выделением твердых веществ;
Окислением органических примесей в присутствии катализатора;
Жидкофазным окислением органических веществ;
Огневым обезвреживанием.
Концентрирование применяют для удаления из воды минеральных солей. Для этого используют испарительные (выпарные) установки и установки вымораживания, позволяющие получить концентрированные водные растворы солей. Последующая обработка этих растворов в кристаллизаторах с отделением кристаллов от маточного раствора на фильтрах и сушка в распылительных (или аналогичных по назначению) сушилках позволяет получать твердый продукт, имеющий высокую потребительную стоимость.
Для обезвреживания сточных вод с небольшим содержанием органических примесей применяют термоокислительную обработку жидкофазным, парофазным каталитическим окислением или огневым методом. Окисление примесей осуществляют кислородом воздуха при повышенных температурах с образованием нетоксичных соединений.
Жидкофазное окисление применяют при наличии в сточных водах достаточного количества органических соединений. Процесс проводят при температурах 100-350 0 С и давлении 2-28 МПа. Сначала сточную воду смешивают с воздухом, нагнетаемым в нее компрессором, и насосом подают в теплообменник. В нем она подогревается теплом отходящей очищенной воды и затем подается для дальнейшего нагрева в печь. Нагретая до заданной температуры вода поступает в реактор, где идет процесс окисления, сопровождающийся значительным тепловыделением. Продукты окисления (пар, газы, зола) и воду направляют в сепаратор, где газы отделяют от жидкости и направляют на утилизацию тепла, а воду с золой пропускают через теплообменник и фильтр для отделения золы. Метод отличается простотой, гибкостью и позволяет очищать большие количества сточных вод.
Парофазное каталитическое окисление - это гетерогенный процесс окисления летучих органических веществ кислородом воздуха при повышенной температуре. Процесс интенсивно протекает в паровой среде контактных аппаратов в присутствии медно-хромового, цинк-хромового и других катализаторов. Степень обезвреживания достигает 99,8 % при высокой производительности установки. Сточную воду подают в выпарной аппарат, откуда «упаренная» вода поступает в центрифугу, из которой обезвоженный осадок направляют на обезвреживание сжиганием в печи. Водяной пар с летучими соединениями подают в теплообменник, где он подогревается теплом парогазовой смеси, отходящей из контактного аппарата. После теплообменника пары смешивают с горячим воздухом и направляют в контактный аппарат для окисления. Продукты сжигания осадка из печи поступают в котел-утилизатор, вырабатывающий пар подается в выпарной аппарат.
Из термических методов огневой является наиболее универсальным и эффективным. Он реализуется в процессе распыления сточных вод в топочных газах, имеющих температуру 900-1000 0 С. При этом вода полностью испаряется, примеси выгорают, а минеральные вещества образуют твердые или оплавленные частицы. Для сжигания используют печи различных конструкций: камерные, циклонные, с псевдоожиженным слоем. Относительная простота технологий огневого обезвреживания сточных вод, возможность достижения высоких степеней очистки делает эти методы перспективными.
Методы и технологическое оборудование для очистки гидросферы можно выбрать, зная виды примесей, а также допустимые концентрации этих примесей в очищенных сточных водах. В соответствии с видами процессов, реализуемых при очистке, существуют механические, физико-химические и биологические методы очистки.
1. Механическая очистка – процеживание, отстаивание, обработка в поле действия центробежных сил и фильтрование. Процеживание производят в решетках и волокноуловителях с перфорированными дисками в виде движущихся сеток с нанесенным слоем волокнистой массы. Песколовки используют для очистки вод от частиц металла и песка размером более 0,25 мм. Отстойники используют для очистки сточных вод от механических частиц размером более 0,1 мм, а также от частиц нефтепродуктов.
Очистку сточных вод в поле действия центробежных сил осуществляют в открытых или напорных гидроциклонах и центрифугах.
Для очистки больших расходов сточных вод от мелкодисперсных твердых примесей применяют зернистые фильтры, обладающие большой фильтрационной поверхностью, простотой конструкции и высокой эффективностью.
2. Физико-химические методы очистки используют для очистки от растворенных примесей и от взвешенных веществ.
Флотация – для интенсификации процесса всплывания маслопродуктов при обволакивании их частиц пузырьками газа, подаваемого в сточную воду.
Экстракция основана на перераспределении примесей в смеси с двух взаимно нерастворимых жидкостей.
Нейтрализация (водно-реагентная, фильтрационная, полусухая) предназначена для выделения и жидких отходов кислот, щелочей, солей металлов на основе кислот и щелочей.
Сорбция применяется для очистки жидких отходов от растворимых примесей с применением мелкодисперсных материалов.
Ионная очистка – для обессоливания и очистки жидких отходов от ионов металлов и других примесей ионитами (синтетическими ионообменными смолами).
Электрохимическая очистка осуществляется электролизом.
Гиперфильтрация реализуется разделением растворов путем фильтрования их через мембраны, поры которых пропускают лишь молекулы воды.
3. Биологическая очистка применяется для выделения тонкодисперсных и растворенных органических веществ и основана на способности микроорганизмов использовать для питания содержащиеся в жидких отходах органические вещества. Применяются биофильтры с принудительной и естественной подачей воздуха. В качестве фильтра используют шлаки, щебень, керамзит, пластмассу, гравий и др. Аэро-тенки используют для очистки больших расходов жидких отходов. Окситенки обеспечивают более интенсивный процесс окисления органических примесей.
22. ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ
Источником загрязнения атмосферы могут быть любой физический агент, химическое вещество или биологический вид (в основном микроорганизмы), попадающие в окружающую среду или образующиеся в ней в количестве выше естественных. Под атмосферным загрязнением понимают присутствие газов, паров, частиц, твердых и жидких веществ, тепла, колебаний, излучений, которые неблагоприятно влияют на человека, животных, растения, климат, материалы, здания и сооружения.
По происхождению загрязнения делят на природные, вызванные естественными, часто аномальными, процессами в природе, и антропогенные, связанные с деятельностью человека.
На антропогенные загрязнения приходится большая доля в загрязнении атмосферы. Они связаны с развитием производственной деятельности человека и подразделяются на локальные и глобальные. Локальные загрязнения связаны с городами и промышленными регионами. Глобальные загрязнения влияют на биосферные процессы на Земле и распространяются на огромные расстояния, так как воздух находится в постоянном движении. Глобальные загрязнения атмосферы усиливаются из‑за того, что вредные вещества из нее попадают в почву, водоемы, а затем снова поступают в атмосферу.
Источники загрязнения атмосферы разделяют на механические, физические и биологические. Механические загрязнения – пыль, фосфаты, свинец, ртуть, образующиеся при сжигании органического топлива и в процессе производства строительных материалов. Физические загрязнения – тепловые,
световые, шумовые, электромагнитные, радиоактивные. Биологические загрязнения являются следствием размножения микроорганизмов и антропогенной деятельности.
Распространенные токсичные вещества, загрязняющие атмосферу:
1) оксид углерода (образуется при лесных пожарах, окислении терпенов и др.);
2) диоксид серы (образуется при вулканических извержениях, окислении серы и сульфатов, рассеянных в море; сжигании топлива в промышленных установках);
3) оксид азота (его источниками являются лесные пожары; автотранспорт, теплоэлектростанции);
4) углеводороды (его источники – лесные пожары, природный метан и природные терпены; автотранспорт, сжигание отходов, холодильная техника, химические заводы, нефтеперерабатывающие заводы);
5) пыль (возникает в результате вулканических извержений, пылевых бурь, лесных пожаров; сжигания топлива в промышленных установках и т. п.).
23. ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГИДРОСФЕРЫ
Основными источниками загрязнения и засорения гидросферы (водоемов) является недостаточное очищение сточных вод промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных ископаемых; воды шахт, рудников; сбросы водного и железнодорожного транспорта; пестициды и т. д. Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые проявляются в изменении химического состава воды, в наличии плавающих веществ на поверхности воды и откладывании их на дне водоемов.
Производственные сточные воды загрязнены отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав зависит от отрасли промышленности и ее технологических процессов. Отходы делят на две основные группы: содержащие неорганические примеси (в том числе и токсические) и содержащие яды. К первой группе относятся сточные воды содовых, обогатительных фабрик свинцовых, никелевых руд, в которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др. Сточные воды этой группы в основном изменяют физические свойства воды. Сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие заводы, предприятия органического синтеза и др.
В стоках содержатся разные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и т. п. Вредоносность действия сточных вод этой группы заключается в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода, увеличивается биохимическая потребность в нем. Рост населения, возникновение новых городов увеличивают поступление бытовых стоков во внутренние водоемы, загрязняя их и болезнетворными бактериями.
Все вышеперечисленные факторы приводят к сбою биологического и физического режимов водоемов.
Для очистки сточных вод применяют механический, химический, физико‑химический и биологический методы. Когда они применяются вместе, метод очистки и обезвреживания сточных вод является комбинированным. Механический метод позволяет удалить из бытовых сточных вод до 60–75 % нерастворимых примесей, а из промышленных – до 95 %; химический метод – до 95 % нерастворимых примесей и до 25 % – растворимых. Физико‑химический метод позволяет удалить тонкодисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушить органические и плохо окисляемые вещества. Существует несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, биологические пруды.
Почваявляется важным компонентом биосферы, неотъемлемой частью любого наземногобиогеоценоза. При этом она выполняет ряд экологических функций, в том числе глобальных биосферных, обеспечивающих стабильность биосферы и саму возможность существования жизни на Земле.
Почвенный покров, являясь неотъемлемым компонентом биосферы, выполняет ряд биосферных функций:
1) это среда обитания – аккумулятор и источник вещества и энергии для организмов суши;
2) сопряжение большого геологического и малого биологического круговоротов веществ на земной поверхности;
3) регулирование химического состава атмосферы и гидросферы;
4) защитный барьер биосферы;
5) обеспечение существования жизни на Земле. Кроме экологических функций, по отношению непосредственно к человеку почва осуществляет еще одну функцию – сельскохозяйственную. На плодородие почв оказывает негативное влияние загрязнение ее различными веществами. Загрязнение и химическое отравление почв бывают нескольких видов:
1) промышленное загрязнение почв– результат осаждения паров, аэрозолей, пыли и растворенных соединений поллютантов на поверхность почвы с атмосферными осадками;
2) сельскохозяйственное загрязнение почв– результат неправильного применения пестицидов, внесение сверхнормальных доз минеральных и органических удобрений, отходов и стоков животноводческих ферм;
3) радиоактивное загрязнение почв– природное или антропогенное накопление в почве радионуклидов в результате ядерных взрывов, аварийных выбросов на атомных предприятиях, утечки радиоактивных материалов, захоронение отходов атомной промышленности.
Значительное загрязнение почв происходит при выпадении кислотных дождей.
Прямое поступление вредных веществ через почву в организм человека невелико, оно ограничено немногими случаями прямого контакта с ней (игра детей в песочницах или на земле, употребление в пищу немытых овощей и т. д.). Вредные химические вещества, попавшие в почву, поступают в организм человека в основном через контактирующие с почвой среды: воду (миграционный водный показатель вредности), воздух (миграционный воздушный показатель вредности) и растения (транслакационный показатель вредности).
Степени загрязнения почв сельскохозяйственных угодий оценивают по транслокационному показателю вредности, в наибольшей степени отражающему уровень возможного накопления токсикантов в пищевых продуктах. При избыточном внесении азотных удобрений в почву происходит накопление нитратов в овощах и других сельхозпродуктах, что приводит к пищевым отравлениям.
8 вопрос (в тетради)
9 вопрос (тетрадь)
10. ПРОИЗВОДСТВЕННО-ХОЗЯЙСТВЕННЫЕ И комплексные нормативы качества и их характеристика
Производственно-хозяйственные нормативы качества устанавливают требования к источнику вредного воздействия, ограничивая его деятельность определенной пороговой величиной Возглавляют эту группу нормативы выбросов вредных веществ К этой же группе нормативов могут относиться и другие требования, например, разделы технологических строительных норм и правил, касающиеся охраны окружающей природной среды.
С помощью этой группы нормативов качества осуществляется контроль за промышленными и другими выбросами и сбросами в окружающую среду вредных веществ, микроорганизмов, биологических веществ, загрязняющих атмосферный воздух, воды и почвы.
Используя нормативы ПДК, оценивают экологическое и санитарно-гигиеническое состояние окружающей природной среды Контроль за источником вредного действия, регулирование его поведения выполняют путем применения нормативов предельно допустимых выбросов (сбросов) вредных веществ (ПДВ).
Под выбросами понимается поступление вредных веществ в атмосферу.
Сброс - поступление вещества вместе со сточными водами в водные объекты.
ПДВ определяют по каждому источнику выбросов (сбросов), которых может быть несколько на одном предприятии.
Социально-общественный и юридический смысл ПДВ заключается в том, что вред, причиненный здоровью человека и природной среде, является следствием превышения допустимых норм концентрации вредных веществ в атмосфере, в водоемах или почве. Превышение ПДК есть следствие превышения ПДВ источниками выбросов, сбросов вредных веществ. Поэтому задача органов экологического контроля и надзора состоит в выявлении предприятий - загрязнителей окружающей природной среды и привлечении их руководителей к эколого-правовой ответственности.
К сожалению, практика не всегда следует здравому смыслу. Статистика носит противоречивый характер. В нормативы ПДВ укладывается сейчас 15-20% загрязняющих производств. Значительная доля предприятий загрязняет среду на основе лимитных выбросов и сбросов, которые определяются по фактическому выбросу и сбросу на определенном временном отрезке.
Проблема не решается из-за того, что ни одно предприятие-загрязнитель нельзя привлечь ни к уголовной, ни к административной ответственности, так как они действуют на основе разрешений на выброс (сброс), выдаваемых органами охраны окружающей природной среды. Единственной формой ответственности является возмещение вреда, возлагаемое на предприятие-загрязнитель. Причем такое возмещение осуществляется независимо от степени вины и, следовательно, принимает форму платежей за загрязнение.
Не менее сложен вопрос о регулировании выбросов передвижными источниками загрязнения. По данным научных исследований, 50~60% загрязнений атмосферы происходит от автотранспортных средств. Регулирование выбросов вредных веществ автомобилями ведется по трем направлениям:
Совершенствование и разработка нормативов выбросов вредных веществ и выхлопных газов автомобиля;
Повышение экономичности двигателя;
Внедрение малотоксичного, экологически чистого топлива. К сожалению, промышленность России в решении этих вопросов пока не достигла уровня мировых стандартов.
Комплексные нормативы качества. Среди данной группы нормативов наиболее разработанными являются предельно допустимые нормы нагрузки на окружающую природную среду (ПДН) и нормативы санитарных и защитных зон. При строительстве промышленных и сельскохозяйственных предприятий, развитии населенных пунктов, формировании территориально-производственных комплексов проектировщики и местная администрация руководствуются ПДН на окружающую природную среду с учетом ее потенциальных возможностей, рационального использования природных ресурсов, обеспечения благоприятных условий жизни населения, недопущения необратимых изменений в окружающей природе.
ПДН - это допустимые размеры антропогенного воздействия на природные ресурсы или природные комплексы, не приводящие к нарушению экологических функций природной среды. Для определения таких нагрузок важным является такое понятие, как емкость природной среды. Ее показатели свидетельствуют о потенциальных возможностях природной среды.
Цель разработки и применения норм ПДН - обеспечение рационального сочетания хозяйственной и рекреационной деятельности с охраной среды. Различают отраслевые и региональные нормы ПДН.
Отраслевые нормы ПДН относятся к отдельным видам природных ресурсов, например:
Оптимальное число охотников, приходящихся на число диких животных или единицу охотничьих угодий;
Предельное число домашнего скота, приходящееся на единицу пастбищных угодий;
Предельные нормы посетителей, пребывающих единовременно на экскурсии в заповеднике.
Региональные нормы ПДН разрабатываются с учетом хозяйственной деятельности или рекреационной нагрузки на природные комплексы. Например, известны нормы допустимых воздействий на экосистему озера Байкал, которые устанавливают экологические ограничения на использование водных ресурсов, рыбных запасов, лесных богатств, развитие хозяйственной деятельности. Эти ограничения увязывают с интересами сохранения в целостности экосистемы озера.
Нормативы ПДН утверждают и разрабатывают, как правило, отраслевые и местные экологические организации. Так, ПДН по лесам устанавливают органы лесного хозяйства; по заповедникам, национальным паркам - администрации этих организаций. Чаще всего такие нормы определяются с учетом научных рекомендаций. Они могут меняться в ту или иную сторону в зависимости от состояния окружающей природной среды и ее отдельных ресурсов.
Актуальность разработки и применения показателей ПДН очевидна. Пренебрежение подобными требованиями чревато серьезными последствиями. Нерациональное размещение химических и нефтеперегонных предприятий в городах Уфа, Стерлитамак привело к негативным экологическим последствиям - загрязнению атмосферного воздуха и воды водоемов этих регионов. Нежелание считаться с объективными нормами нагрузки скота на единицу пастбищных угодий в Калмыкии явилось причиной опустынивания земель.
Закон не предусматривает какой-либо особой ответственности. Виновные в несоблюдении ПДН предприятия, должностные лица должны нести ответственность в виде возмещения причиненного ущерба, если они не докажут, что вред наступил в результате стихийного бедствия или если причи-нитель вреда не мог знать о вредных последствиях своих действий по объективным обстоятельствам.
Нормативы санитарных и защитных зон устанавливают с целью охраны водоемов, источников водоснабжения, курортных и лечебно-оздоровительных зон, населенных пунктов и других территорий от загрязнений и других вредных воздействий.
Нормативы санитарных и защитных зон определяются характером их целей и задач. Эти зоны выполняют основные взаимосвязанные функции - охранительные и оздоровительные. К числу санитарных и оздоровительных зон относятся зоны вокруг заповедников, памятников природы, национальных парков, защитные зоны вокруг рек и водоемов, зоны экологического бедствия, зоны чрезвычайных экологических ситуаций и катастроф. В рамках охранно-оздоровительных функций каждая из существующих зон имеет свои задачи.
Так, санитарная и защитная зона водоемов определяется как территория или акватория, на которой устанавливается особый санитарно-эпидемиологический режим для предотвращения ухудшения качества воды в источниках центрального хозяйственного и питьевого водоснабжения и охрана водопроводных сооружений.
Для улучшения гидрологического режима, благоустройства рек, озер, водохранилищ, их прибрежных территорий создается водоохранная зона, в рамках которой устанавливается специальный режим охраны от загрязнения, истощения, засорения, заиления вод. Ее длина зависит от протяженности русла реки, и ее ширина колеблется от 100 до 500 м
После аварии на Чернобыльской АЭС территория в зависимости от степени поражения и строгости режима разделена на четыре зоны: отчуждения, отселения, проживания с правом отселения, проживания с льготным социально-экономическим статусом.
11 вопрос. Понятие, критерии и основная цель «устойчивого развития». Основные принципы «устойчивого развития» применительно к России
Понятие «устойчивое развитие» было введено в мировую науку и политику комиссией Брутланд как развитие, которое удовлетворяет потребности настоящего времени, но не ставит под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности.
Устойчивое развитие - такое развитие, при котором способы производства и уровень потребления осуществляются без ущерба для природы и человечества в настоящем и будущем.
Основные принципы устойчивого развития определены в Декларации Рио-92:
Признание человека как высшей ценности и его права на здоровую жизнь в гармонии с природой.
Осуществление такого развития, которое обеспечивает удовлетворение эколого-социально-экономических потребностей нынешнего и будущего поколений.
Охрана окружающей природной среды как неотъемлемый элемент развития.
Уменьшение разрыва в уровнях жизни между богатыми и бедными (на 1/5 населения - 3/4 мирового дохода).
ООН определила четыре критерия устойчивого развития на длительную перспективу (для мира в целом, и они применимы в России):
1. В потреблении природных ресурсов (земля, лес) должен быть обеспечен режим простого воспроизводства (сохранение лесов, земель, поголовья скота, зверей, птиц).
Максимально возможное замедление темпов исчерпания невозобновимых природных ресурсов с перспективой замены на другие виды ресурсов (замена нефти, газа, угля солнечной, ветровой, биоэнергией).
Возможность минимизации отходов на основе внедрения малоотходных, ресурсосберегающих технологий.
Загрязнение окружающей природной среды в перспективе не должно превышать современный уровень («нулевое загрязнение» нереально).
Учет этих критериев в разработке концепции устойчивого развития позволит сохранить окружающую природную среду для следующих поколений и не ухудшит экологию.
12 вопрос. Физиология труда. Опасные и вредные факторы. Классификация основных форм трудовой деятельности
Физиология труда – это наука, изучающая функционирование человеческого организма во время трудовой деятельности. Её задача – выработка принципов и норм, способствующих улучшению и оздоровлению условий труда, а также нормирование труда.
Производственная среда - это часть окружающей человека среды, включающая природно-климатические факторы и факторы, связанные с профессиональной деятельностью (шум, вибрация, токсичные пары, газы, пыль, ионизирующие излучения и др.), называемые вредными и опасными факторами. Опасными называются факторы, способные при определенных условиях вызывать острое нарушение здоровья и гибель организма; вредными - факторы, отрицательно влияющие на работоспособность или вызывающие профессиональные заболевания и другие неблагоприятные последствия.
Опасные и вредные факторы подразделяются на:
Химические, возникающие от токсичных веществ, способных вызвать неблагоприятное воздействие на организм;
Физические, причиной которых могут быть шум, вибрация и другие виды колебательных воздействий, неионизирующие и ионизирующие излучения, климатические параметры (температура, влажность и подвижность воздуха), атмосферное давление, уровень освещенности, а также фитогенные пыли;
Биологические, вызванные патогенными микроорганизмами, микробными препаратами, биологическими пестицидами, сапрофитной спорообразующей микрофлорой (в животноводческих помещениях), микроорганизмами, являющимися продуцентами микробиологических препаратов.
К вредным (или неблагоприятным) факторам также относятся:
Физические (статические и динамические) перегрузки - подъем и перенос тяжестей, неудобное положение тела, длительное давление на кожу, суставы, мышцы и кости;
Физиологические - недостаточная двигательная активность (гипокинезия);
Нервно-психические перегрузки - умственное перенапряжение, эмоциональные перегрузки, перенапряжение анализаторов. Трудовая деятельность человека и производственная среда постоянно меняются в результате постоянного использования достижений и продукции научно-технического прогресса и осуществления широких социально-экономических преобразований. Вместе с тем труд остается первым, основным и непременным условием существования человека, экономического, социального и духовного развития общества, всестороннего совершенствования личности. В соответствии с принятой физиологической классификацией трудовой деятельности в настоящее время различают следующие формы труда.
Основные формы трудовой деятельности делятся на физический и умственный труд.
Физический труд требует большой мышечной активности и имеет место при отсутствии механизированных средств для работы (труд сталевара, грузчика, овощевода и т. д.). Он развивает мышечную систему, стимулирует обменные процессы в организме, но в то же время социально неэффективен, обладает низкой производительностью, требует длительного отдыха.
Механизированная форма труда требует специальных знаний и двигательных навыков, в работу включаются мелкие мышцы рук, ног, которые обеспечивают скорость и точность движения, но однообразие простых действий, малый объем воспринимаемой информации приводят к монотонности труда.
Труд, связанный с автоматическим и полуавтоматическим производством, имеет следующие недостатки: монотонность, повышенный темп и ритм работы, отсутствие творческого начала, так как обработкой предметов занимается механизм, а человек выполняет простые операции по обслуживанию станков.
Конвейерный труд отличается дроблением процесса на операции, заданным темпом и ритмом, строгой последовательностью операций. Его недостатком является монотонность, приводящая к преждевременной усталости и быстрому нервному истощению.
Умственный труд связан с восприятием и переработкой большого количества информации и подразделяется на:
1) операторский – подразумевает контроль за работой машин; отличается высокой ответственностью и нервно‑эмоциональным напряжением;
2) управленческий – характеризуется большим ростом объема информации при нехватке времени для ее переработки, большой личной ответственностью за принятые решения, стрессовыми и конфликтными ситуациями;
3) творческий труд – требует большого объема памяти, напряжения, внимания; он приводит к повышению нервно‑эмоционального напряжения, тахикардии, повышению кровяного давления, изменению ЭКГ и другим сдвигам со стороны вегетативных функций;
4) труд преподавателей и медицинских работников – это постоянный контакт с людьми, повышенная ответственность, частая нехватка времени и информации для принятия правильного решения, что приводит к высокому нервно‑эмоциональному напряжению;
5) труд учащихся и студентов – подразумевает концентрацию памяти, внимания; присутствуют стрессовые ситуации (на экзаменах, зачетах).
13 вопрос. Физиологические основы труда. Профилактика утомления
21. Физиологические основы труда
Физиологические изменения в организме при работе. Любой вид трудовой деятельности представляет собой сложный комплекс физиологических процессов, в который вовлекаются все органы и системы человеческого тела. Огромную роль в этой деятельности играет центральная нервная система, обеспечивающая координацию функциональных изменений, развивающихся в организме при выполнении работы.
Трудовая деятельность осуществляется благодаря затратам энергии мускулов, нервов, человеческого мозга.
В результате сложных химико-биологических процессов энергия, получаемая в результате расщепления углеводов, используется для выполнения механической работы. При этом количество кислорода, расходуемое на окислительные процессы в мышцах, может отчасти служить показателем интенсивности выполняемой физической работы.
Вместе с тем существует кислородная задолженность, которая свидетельствует об отставании потребления кислорода во время выполнения работы от потребности в нем организма, и величина ее определяет время восстановительного периода, когда физиологические функции организма постепенно возвращаются к до рабочему уровню.
В процессе физической деятельности изменяются не только мышцы, но и другие органы и системы организма. Например, увеличивается объем легочной вентиляции, обусловливаемый как учащением, так и углублением дыхания, причем у тренированных лиц преобладает углубленное дыхание.
Происходят изменения и сердечно-сосудистой системы, где физическая нагрузка вызывает возрастание минутного объема вследствие учащения сокращений и увеличения ударного объема сердца. Кроме того, мышечная работа вызывает, как правило, известное повышение максимального артериального давления; минимальное же обычно возрастает лишь при сравнительно больших физических усилиях.
Из биохимических изменений крови обращает на себя внимание динамика сахарной кривой. При работах средней тяжести уровень сахара в крови несколько повышается, причем повышенное его содержание сохраняется некоторое время и в течение восстановительного периода.
При значительных энергетических затратах возможны симптомы, свидетельствующие о начинающемся истощении углеводных резервов организма или о недостаточной их мобилизации.
Длительные физические усилия умеренной мощности вызывают первоначальное повышение содержания молочной кислоты в крови, которое резко увеличивается при тяжелых работах. В результате увеличения среды ускоряется переход кислорода из гемоглобина крови в ткани. Благодаря этому при физических нагрузках значительно повышается коэффициент утилизации кислорода, особенно у тренированных лиц.
Могут наблюдаться определенные изменения водно-солевого обмена при работе в горячих цехах или при выполнении тяжелой физической работы. При этом значительное повышение деятельности потовых желез может снижать выделительную функцию почек.
При тяжелой физической нагрузке возможно торможение секреции и моторной функции желудка, а также замедление переваривания и всасываемости пищи.
Мышечная работа различной интенсивности может вызывать сдвиги разных отделов центральной нервной системы, в том числе и коры головного мозга. Тяжелая физическая нагрузка нередко обусловливает понижение возбудимости, нарушение условнорефлекторной деятельности, а также повышение порога чувствительности зрительного, слухового и тактильного анализаторов.
Напротив, умеренная работа улучшает условно рефлекторную деятельность и снижает порог восприятия для указанных анализаторов.
Некоторые особенности физиологических изменений в организме имеют место при выполнении умственной работы с преимущественным участием высшей нервной деятельности. Отмечено, что при интенсивной умственной деятельности (в отличие от физической работы) газообмен или совсем не изменяется, или изменяется незначительно.
Умственный труд обычно вызывает замедление пульса и лишь иногда значительные умственные напряжения учащают его. При умственной работе повышается кровяное давление, учащается дыхание, увеличивается кровенаполнение сосудов мозга, но уменьшается кровенаполнение сосудов конечностей и брюшной полости.
Продолжительная умственная работа приводит к падению условных сосудистых рефлексов и образованию парадоксальных реакций. При напряженной умственной работе происходят изменения функций дыхательной системы.
Напряженный умственный труд вызывает отклонения от нормы тонуса гладких мышц внутренних органов, кровеносных сосудов, в особенности сосудов мозга и сердца. С другой стороны, огромное количество импульсов, идущих от периферии и внутренних органов, влияет на ход: умственной работы.
Установлено, что умственная работа тесно связана с работой органов чувств, в первую очередь зрения и слуха, и она более плодотворно протекает в условиях тишины. Легкая мышечная работа стимулирует умственную деятельность, а тяжелая, изнурительная работа, наоборот, понижает ее, снижает качество. Имеются данные о том, что для многих представителей творческой умственной деятельности ходьба являлась необходимым условием успешного выполнения работы.
Интенсивная работа, как физическая, так и умственная, может привести к утомлению и переутомлению.
Утомление и переутомление. Под утомлением понимают особое физиологическое состояние организма, возникающее после проделанной работы и выражающееся во временном понижении работоспособности.
Один из объективных признаков - это снижение производительности труда, субъективно же оно обычно выражается в ощущении усталости, т. е. нежелании или даже невозможности дальнейшего продолжения работы. Утомление может возникать при любом виде деятельности.
Утомление связано с изменениями физиологического состояния всего организма, причем определенное значение. имеют нарушения, возникающие в центральной нервной системе.
При длительном воздействии на организм вредных факторов производственной среды может развиться переутомление, называемое иногда хроническим утомлением, когда " ночной отдых полностью не восстанавливает снизившуюся 1 за день работоспособность.
Основой для возникновения переутомления служит несоответствие продолжительности и тяжести работы и времени отдыха. Кроме того, развитию переутомления могут способствовать неудовлетворительная обстановка труда, неблагоприятные бытовые условия, плохое питание.
Симптомы переутомления - различные нарушения со стороны нервно-психической сферы, например, ослабление внимания и памяти. Наряду с этим у переутомленных людей наблюдаются головные боли, расстройство сна (бессонница), ухудшение аппетита и повышенная раздражительность. Кроме того, хроническое переутомление обычно вызывает ослабление организма, снижение его сопротивляемости внешним воздействиям, что выражается в повышении заболеваемости и травматизма. Довольно часто это состояние предрасполагает к развитию неврастении и истерии.
Например, статистические данные свидетельствуют о том, что резкое повышение заболеваемости нервными болезнями среди рабочих на производстве вызвано неудовлетворительными гигиеническими условиями трудовой деятельности.
Профилактика утомления. Важной мерой профилактики утомления является обоснование и внедрение в производственную деятельность наиболее целесообразного режима труда и отдыха. Это необходимо в производственных процессах, которые сопровождаются большими затратами энергии или постоянным напряжением внимания. Следует, учитывать также, что длительность перерывов при выполнении одинаковой работы должна соответствовать возрастным особенностям организма.
При разрешении проблемы утомления следует иметь в виду, что в период отдыха происходит не только ликвидация утомления, но и потеря положительных свойств, при- обретаемых во время выполнения работы, т. е. состояния "врабатываемости" или "рабочей установки", имеющих последствием повышение количества и качества выполняемой работы.
Таким образом, длительность и чередование перерывов должны не только восстанавливать основные физиологические функции, но и сохранять положительные факторы, способствующие повышению производительности труда.
Большое значение в профилактике утомления имеет активный отдых, в частности физические упражнения, проводимые во время коротких производственных перерывов. Физкультура на предприятиях повышает производительность труда от 3 до 14% и улучшает некоторые показатели физиологического состояния организма работающих.
Последнее время для снятия нервно-психического напряжения, борьбы с утомлением, восстановления работоспособности довольно успешно используют функциональную музыку, а также кабинеты релаксации или комнаты психологической разгрузки. В основе благоприятного действия музыки лежит вызываемый ею положительный эмоциональный настрой, необходимый для любого вида работы. Вместе с тем музыка не только улучшает настроение работающих, но и повышает работоспособность и производительность труда.
Одним из элементов психологической разгрузки является аутогенная тренировка, основанная на комплексе взаимосвязанных приемов психической саморегуляции и несложных физических упражнений со словесным самовнушением. Главное внимание уделяется приобретению и закреплению навыков мышечного расслабления, позволяющих
нормализовать психическую деятельность, эмоциональную сферу и вегетативные функции.
Большую роль в организации производственного процесса играет ритм работы, который тесно связан с механизмом образования динамического стереотипа. Факторы, нарушающие ритмичность труда, не только снижают его производительность, но и способствуют быстрому утомлению. Например, ритмичность и относительная несложность работы на конвейере доводят рабочие движения до автоматизма, делая их более легкими и требующими меньшего напряжения нервной деятельности. Однако излишний автоматизм рабочих движений, переходящий в монотонность, может привести к преждевременной усталости и сонливости. Последнее объясняется тем, что однообразные и слабые раздражения могут привести к развитию разлитого торможения в коре головного мозга. Так как работоспособность человека колеблется в течение дня, необходим переменный ритм движения конвейера с постепенным ускорением в начале рабочего дня и замедлением к концу смены.
Мероприятия по профилактике утомления: физиологическая рационализация трудового процесса по экономии и ограничению движений при работе; равномерное распределение нагрузки между различными мышечными группами; соответствие производственных движений привычным движениям человека; рационализация рабочей позы; освобождение от излишних подсобных операций и т. п. Важность этих мероприятий определяется тем обстоятельством, что чем больше мышечных групп участвует в
рабочих движениях, тем больше импульсов устремляется в нервную систему, способствуя более быстрому развитию утомления. Физиологическая рационализация трудовых процессов требует в ряде случаев определенной реконструкции станков, оборудования и рабочего инструмента, а так и же изменений устройства производственной мебели.
Важное значение для борьбы с утомлением имеют механизация и автоматизация производства, устраняющие необходимость чрезмерных мышечных усилий при работы и пребывания работающих в неблагоприятных условиях. Однако степень механизации и автоматизации процессов ряде отраслей промышленности до сих пор остается недостаточной и требует более активного их внедрения.
Необходимым фактором для профилактики утомления бесспорно, является санитарное благоустройство производственных помещений (объем помещений, микроклиматические условия, вентиляция, освещенность, эстетическое оформление).
14. Классификация производственного микроклимата и его воздействие на организм
Классификация производственного микроклимат и его воздействие на организм. Производственный микро климат (метеорологические условия) - климат внутренне" среды производственных помещений, определяется действующим на организм человека сочетанием температуры, влажности и скорости движения воздуха, а также температур окружающих поверхностей.
Производственный микроклимат зависит от климатического пояса и сезона года, характера технологического процесса и вида используемого оборудования, размеров помещений и числа работающих, условий отопления и вентиляции. Однако при всем многообразии микроклиматические условий их можно условно разделить на четыре группы.
1. Микроклимат производственных помещений, в которых технология производства не связана со значительны тепловыделениями. Микроклимат этих помещений в основном зависит от климата местности, отопления и вентиляции. Здесь возможно лишь незначительное перегревании летом в жаркие дни и охлаждение зимой при недостаточном отоплении.
2. Микроклимат производственных помещений со значительными тепловыделениями. К ним относятся котельные, кузнечные, мартеновские и доменные печи, хлебопекарни, цеха сахарных заводов и др. В горячих цехах большое влияние на микроклимат оказывает тепловое излучение нагретых и раскаленных поверхностей.
3. Микроклимат производственных помещений с искусственным охлаждением воздуха. К ним относятся различные холодильники.
4. Микроклимат открытой атмосферы, зависящий от климата о погодных условий (например, сельскохозяйственные, дорожные и строительные работы). Одним из важнейших условий нормальной жизнедеятельности человека при выполнении профессиональных функций является сохранение теплового баланса организма при значительных колебаниях различных параметров производственного микроклимата, оказывающего существенное влияние на состояние теплового обмена между человеком и окружающей средой. Теплообменные функции организма, регулируемые центрами и корой головного мозга, обеспечивают оптимальное соотношение процессов и теплоотдачи в зависимости от конкретных метеорологических условий. Основная роль в теплообменных процессах у человека принадлежит физиологическим механизмам регуляции отдачи тепла. В обычных климатических условиях теплоотдача осуществляется в основном за счет излучения примерно 45% всей удаляемой организмом теплоты, конвекции - 30% и испарения - 25%. При пониженной температуре окружающей среды возрастает удельный вес конвекционно-радиационных. В условиях повышенной температуры среды уменьшаются за счет конвекции и излучения, но увеличиваются за счет испарения. При температуре воздуха и ограждений, равной температуре тела, теплоотдача счет излучения и конвекции практически исчезает путем теплоотдачи становится испарение пота.
Низкая температура и усиление подвижности воздуха способствуют увеличению конвекцией и искрением.
Роль влажности при пониженных температурах воздуха значительно меньше. В то же время считается, что низких температурах среды повышенная влажность увеличивает организма в результате интенсивно поглощения водяными парами энергии излучения человека. Однако большее увеличение происходит непосредственном смачивании поверхности тела и одежд.
В производственных условиях, когда температура воздуха и окружающих поверхностей ниже температуры кож теплоотдача осуществляется преимущественно конвекции и излучением. Если температура воздуха и окружают поверхностей равна температуре кожи или выше ее, происходит за счет испарения влаги с поверхности тела и с верхних дыхательных путей, если воздух н насыщен водяными парами.
Значительная выраженность отдельных факторов микроклимата на производстве может быть причиной физиологических сдвигов в организме рабочих, а в ряде случае возможно возникновение патологических состояний и профессиональных заболеваний.
Интегральным показателем теплового состояния opгaнизма человека является температура тела. О степени напряжения терморегуляторных функций организма и о е тепловом состоянии можно судить также по изменению температуры кожи и тепловому балансу. Косвенные показал ли теплового состояния и реакция но-сосудистой системы (частота сердечных сокращении уровень артериального давления и минутный объем кров
Нарушение терморегуляции из-за постоянного перегревания или переохлаждения организма человека вызывает ряд заболеваний.
В условиях избыточной тепловой энергии ограничен или даже полное исключение отдельных путей и может привести к нарушению терморегуляции, в результате которого возможно перегревание организма, т. е. повышение температуры тела, учащение пульса, обильное потоотделение, и при сильной степени перегревания тепловом ударе - расстройство координации движений, падение артериального давления, потеря сознания.
Вследствие нарушения водно-солевого баланса может развиться судорожная болезнь, которая проявляется в виде тонических судорог конечностей, слабости, головных болей
При работах на открытом воздухе во время интенсивного прямого облучения головы может произойти солнечный удар, сопровождающийся головной болью, расстройством зрения, рвотой, судорогами, но температура тела остается нормальной. Воздействие инфракрасного излучения на организм человека вызывает как общие, так и местные реакции. Местная реакция сильнее при облучении длинноволновой, поэтому при одной и той же интенсивности облучения время переносимости короче, чем при коротковолновой. За счет большой глубины проникновения в ткани ела коротковолновый участок спектра инфракрасной реакции обладает более выраженным общим действием на организм человека. Под влиянием инфракрасного изучения в организме человека возникают биохимические сдвиги и изменения функционального состояния центральной нервной системы, секреторная деятельность желудка, поджелудочной и слюнных желез. Холодовой дискомфорт (конвекционный и радиационный) вызывает в организме человека терморегуляторные сдвиги, направленные на ограничение и увеличение теплообразования. Уменьшение организма происходит за счет сужения сосудов в периферических тканях.
15. Профессиональная заболеваемость и производственный травматизм
Производственные условия на предприятиях ИО в ряде случаев характеризуются опасными и вредными факторами. Воздействие на работающего опасного производственного фактора при выполнении им трудовых обязанностей называют несчастным случаем. Результат несчастного случая - производственная травма. Характерным для несчастного случая является мгновенность воздействия опасного фактора. Несчастные случаи именно этим отличаются от профессиональных заболеваний, которые возникают под длительным воздействием вредных производственных факторов и сопровождаются функциональным расстройством органов.
Совокупность производственных травм за определенный период времени называют производственным травматизмом, а совокупность профессиональных заболеваний профессиональной заболеваемостью.
По характеру повреждения травмы бывают механические (ушибы, переломы), термические (ожоги, обморожения), химические (отравления, ожоги), электрические (остановка дыхания, сердца, судороги в руках и т.п.), психические (испуг, шок и др.).
В зависимости от тяжести исхода несчастные случаи различают:
Без потери трудоспособности;
С временной потерей трудоспособности;
Групповые, когда одновременно пострадали два человека и более;
С тяжелым исходом;
Со смертельным исходом.
Несчастный случай признается связанным с производством, если он произошел:
При выполнении обычных трудовых обязанностей работника (в том числе во время командировки);
При совершении каких-либо действий в интересах организации, хотя бы и без поручения администрации;
На территории организации или в ином месте работы в течение рабочего времени, включая установленные перерывы; в течение времени, необходимого для приведения в порядок орудий производства, одежды и т.п.; перед началом или по окончании работы;
Во время пути на работу или с работы на транспорте предприятия, сторонней организации, предоставившей его согласно договору;
Во время пути на работу и с работы домой;
При авариях на производственных объектах, неисправном оборудовании и др.
16. Ультразвук и инфразвук
Инфразвук представляет собой механические колебания упругой среды одинаковой с шумом физической природы, но имеющие частоту меньше 20 Гц. Инфразвук в производственных условиях чаще всего возникает при работе тихоходных крупногабаритных машин и механизмов (вентиляторов, компрессоров, дизельных двигателей, электровозов, турбин, реактивных двигателей и т. д.), циклы работы которых повторяются не чаще 20 раз в секунду, при турбулентных процессах в мощных потоках газов и жидкостей, а в природе - при землетрясениях, морских бурях, извержениях вулканов. Согласно медицинским исследованиям инфразвуковые колебания вызывают у человека чувство глубокой подавленности и необъяснимого страха, слабые звуки действуют на внутреннее ухо, создавая эффект морской болезни, сильные вызывают вибрацию органов человека, нарушая их функции (сердце может даже остановиться). При колебаниях средней мощности наблюдаются внутренние расстройства органов пищеварения и мозга с самыми различными последствиями (обморок, общая слабость и т. д.). Более того, инфразвук средней силы может вызвать слепоту, а опыты французского профессора Гавро показали, что мощный инфразвук частотой 7 Гц смертелен для организма.
Гигиенические нормы ограничивают уровни звукового давления в октавных полосах со средними геометрическими частотами 2, 4, 8 и 16 Гц до 105 дБ.
Следует отметить низкую эффективность звукоизоляции и звукопоглощения при защите от инфразвука. Поэтому мероприятия по борьбе с инфразвуком сводятся к увеличению быстроходности машин с превышением количества однотипных циклов их работы в секунду цифры 20, установке глушителей аэродинамических инфразвуков, усилению жесткости конструкций машин больших размеров, дистанционному управлению, а из профилактических мер - к проведению предварительных и периодических медицинских осмотров работающих.
Ультразвук - это механические колебания упругой среды, имеющие одинаковую со звуками физическую природу, но по частоте превышающие верхний порог слышимости (20 000 Гц). На производстве ультразвук применяют для дефектоскопии отливок, сварных швов, пластмасс, при измельчении твердых веществ в жидкостях, для очистки и обезжиривания деталей, гомогенизации молока, резания, сварки металла, дробления, сверления хрупких материалов, ускорения брожения при изготовлении вин, в медицине - для диагностики и лечения многих заболеваний.
При прохождении ультразвука через жидкость возникает явление кавитации, сопровождающееся образованием пузырьков, заполненных парами жидкости и растворенным в ней газом, ростом температуры и повышением давления до десятков миллионов паскалей. При этом возникают электрические заряды, люминесцентное свечение, ионизация. Поэтому кавитацию используют для стерилизации, получения эмульсий таких жидкостей, как вода и масло, которые обычным путем не смешиваются, при пайке алюминия и его плавке, так как обычно процесс плавки этого металла нарушается из-за окисления.
Длительное воздействие ультразвука на человека вызывает быструю утомляемость, головную боль, раздражение, боль в ушах, бессонницу, а также профессиональные заболевания - парезы кистей и предплечий. Поэтому необходимо предупреждать контактное озвучивание через твердые и жидкие среды, а также ограничивать распространение ультразвука и шума в воздухе рабочей зоны. В данном случае следует руководствоваться требованиями стандарта "Ультразвук. Общие требования безопасности". Важно помнить о том, что ультразвуковые волны подчиняются всем законам волнового движения; им свойственны отражение, преломление, дисперсия, дифракция и интерференция, причем указанные свойства использовать легче, чем свойства обычных звуковых волн, в связи со значительно меньшей длиной волны ультразвука.
На рабочих местах уровни звукового давления низкочастотных ультразвуковых колебаний, распространяющихся воздушным путем, не должны превышать следующих допустимых значений:
Средние геометрические частоты
третьеоктавных полос, кГц
Уровень звукового давления, дБ
Характеристикой ультразвука, передаваемого контактным путем, является пиковое значение виброскорости (м/с) в частотном диапазоне 105...109 Гц или его логарифмический уровень (дБ). Допустимый уровень ультразвука в зоне контакта рук и других частей тела оператора с рабочими органами приборов и установок должен быть не более 110 дБ.
Вредное влияние повышенных уровней ультразвука на работающих стремятся ликвидировать с помощью следующих мероприятий: применяют дистанционное управление оборудованием, автоблокировки (устройства, отключающие установку в момент загрузки или выгрузки деталей, сырья), специальные захваты для извлечения деталей или щипцы, ручки которых покрыты эластичными, поглощающими ультразвук материалами; устанавливают звукоизолирующие кожухи и экраны; облицовывают помещения и кабины управления звукопоглощающими материалами; обеспечивают работающих средствами индивидуальной защиты (противошумами для защиты органов слуха и специальными перчатками для защиты рук от воздействия ультразвука в зоне контакта человека с твердой или жидкой средой); оптимизируют режим труда и отдыха; проводят предварительные и периодические медицинские осмотры работающих.
В различных отраслях экономики имеются источники ума - это механическое оборудование, людские потоки, городской транспорт.
Шум– комплекс звуков, вызывающий неприятное ощущение или болезненные реакции. Шум – одна из форм физического загрязнения среды жизни. Он такой же медленный убийца, как и химическое отравление.
Уровень шума в 20–30 децибел (дБ) практически безвреден для человека. Это естественный шумовой фон, без которого невозможна человеческая жизнь. Для громких звуков допустимая граница составляет примерно 80 дБ. Звук в 130 дБ уже вызывает у человека болевое ощущение, а в 130 – становится для него непереносимым.
На некоторых производствах отрицательное влияние на здоровье и работоспособность оказывает воздействие длительного и очень интенсивного шума (80– 100 дБ). Производственный шум утомляет, раздражает, мешает сосредоточиться, отрицательно действует не только на орган слуха, но и на зрение, внимание, память.
Шум достаточной эффективности и длительности может привести к снижению слуховой чувствительности, могут развиваться тугоухость и глухота.
Под влиянием сильного шума, особенно высокочастотного, в органе слуха постепенно происходят необратимые изменения.
При высоких уровнях шума понижение слуховой чувствительности наступает уже через 1–2 года работы, при средних уровнях оно обнаруживается гораздо позднее, через 5-10 лет.
Последовательность, с которой происходит утрата слуха, сейчас хорошо изучена. Сначала интенсивный шум вызывает временную потерю слуха.
В нормальных условиях через день или два слух восстанавливается.
Но если воздействие шума продолжается месяцами или, как это имеет место в промышленности, годами, восстановления не происходит, и временный сдвиг порога слышимости превращается в постоянный.
Шум оказывает вредное воздействие на центральную нервную систему, вызывая переутомление и истощение клеток коры головного мозга.
Возникает бессонница, развивается утомление, снижается работоспособность и производительность труда.
Шум оказывает вредное влияние на зрительный и вестибулярный анализаторы, которое может привести к нарушению координации движений и равновесия тела.
Исследования показали, что и неслышимые звуки также опасны. Ультразвук, занимающий заметное место в гамме производственных шумов, неблагоприятно воздействует на организм, хотя ухо его и не воспринимает.
Вредное воздействие шума во время работы на шумных производствах можно избежать различными методами и средствами. Значительное уменьшение производственного шума достигается применением специальных технических средств шумогашения.
18. Вибрация
Вибрация– механические колебания твердых тел. Источниками вибрации являются широко применяемые в промышленности и в быту пневматические и электрические, ручные, механизированные инструменты, различные машины, станки.
Вибрация характеризуется величиной смещения колеблющейся точки от устойчивого положения (амплитудой) в миллиметрах и числом колебаний в секунду. Из этих величин рассчитывается колебательная скорость, выражаемая как в абсолютных (м/с), так и в относительных величинах (децибелах), и ускорение.
Как в производстве, так и в быту вибрация может оказывать на человека неблагоприятное действие – приводить к нарушению ряда физиологических процессов, а при длительном систематическом воздействии – к развитию вибрационной болезни.
Условно различают местную вибрацию, действующую преимущественно на руки работающих, и общую – когда при колебании пола, сиденья (рабочего места) действию вибрации подвергается весь организм.
При вибрационной болезни, развивающейся под действием местной вибрации характерны:
1) боли в кистях, чаще по ночам;
2) побеление пальцев на холоде;
3) онемение и зябкость рук;
4) боли в пояснице и в области сердца.
Это связано с нарушением кровообращения в периферических сосудах. Особенно сильно страдает болевая чувствительность, снижается температура кожи на кистях и стопах. Степень снижения чувствительности возрастает с увеличением длительности и тяжести заболевания.
Имеют место нарушения в деятельности эндокринных желез, внутренних органов и обменных процессов. При воздействии вибрации с большой амплитудой возникают нарушения в мышцах, связках, суставах, костях. Появляется слабость, быстрая утомляемость, раздражительность, головные боли, плохой сон.
При общей вибрации особенно часто страдает вестибулярная система, возникают головные боли, головокружения.
Для профилактики вибрационной болезни наряду с гигиеническим нормированием устраняется вибрация машин, оборудования и инструментов путем уравновешивания сил, вызывающих колебания. Проводятся мероприятия по уменьшению передачи вибрации при помощи упругих элементов и виброгашения, вводятся технологические процессы, ограничивающие или полностью исключающие контакт работающего с вибрирующей поверхностью.
Необходимо соблюдение рабочим рационального режима труда и отдыха и использование средств индивидуальной защиты, таких как виброгасящие рукавицы и обувь.
Важнейшей мерой предупреждения вибрационной болезни является неукоснительное соблюдение установленных правил работы в условиях вибрации и норм техники безопасности.
19. Электромагнитные колебания
Спектр электромагнитных колебаний по частоте достигает 10 21 Гц. В зависимости от энергии фотонов его подразделяют на область неионизирующих и ионизирующих излучений. В гигиенической практике к неионизирующим излучениям относят также электрические и магнитные поля.
К электромагнитным полям (ЭМП) промышленной частоты (50 Гц) относят линии электропередач, открытые распределительные устройства, включающие коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы. Длительное действие таких полей приводит к расстройствам, которые выражаются жалобами на головную боль в височной области, вялость, расстройство сна, снижение памяти, повышенную раздражительность, апатию, боли в области сердца. А для хронического воздействия такого ЭМП характерны нарушение ритма и замедление частоты сердечных сокращений, при этом наблюдаются функциональные нарушения в центральной нервной и сердечно‑сосудистой системах, в составе крови.
Воздействие электростатического поля на человека связано с протеканием через него слабого тока. При этом электротравм никогда не наблюдается, но стоит обратить внимание на то, что при рефлекторной реакции на ток (резком отстранении от заряженного тела) возможна механическая травма при ударе о расположенные рядом элементы конструкций, падении с высоты и т. п. Наиболее чувствительны к электростатическому полю ЦНС, сердечно‑сосудистая система, анализаторы (отмечаются раздражительность, головная боль, нарушение сна и т. п.). Кроме того, отмечаются фобии, обусловленные страхом ожидаемого разряда, склонность к психосоматическим расстройствам с повышенной эмоциональной возбудимостью и быстрой истощаемостью, неустойчивость показателей пульса и артериального давления.
ЭМП могут быть постоянными, импульсными, инфранизкочастотными (с частотой до 50 Гц), переменными.
При постоянной работе в условиях хронического воздействия магнитных полей, превышающих предельно допустимые уровни, развиваются нарушения функций нервной системы, сердечно‑сосудистой и дыхательной систем, пищеварительного тракта, изменения в картине крови. При локальном воздействии обычно развиваются вегетативные и трофические нарушения в областях тела, находящихся под непосредственным воздействием магнитных полей, проявляющиеся ощущением зуда, бледностью или синюшностью кожных покровов, отечностью и уплотнением кожи, в некоторых случаях развивается ороговелость.
20. Электрический ток
Электрический ток– это упорядоченное движение электрических зарядов. Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна разности потенциалов (т. е. напряжению на концах участка) и обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи.
Действие электрического тока на организм характеризуется основными поражающими факторами:
1) электрическим ударом, возбуждающим мышцы тела, приводящим к судорогам, остановке дыхания и сердца;
2) электрическими ожогами, возникающими в результате выделения тепла при прохождении тока через тело человека. В зависимости от параметров электрической цепи и состояния человека может возникнуть покраснение кожи, ожог с образованием;
3) пузырей или обугливанием тканей; при расплавлении металла происходит металлизация кожи с проникновением в нее кусочков металла.
Средства защиты от статического электричества.
Постоянное электростатическое поле (ЭСП) – это поле неподвижных зарядов, осуществляющее взаимодействие между ними.
Возникновение зарядов статического электричества происходит при деформации, дроблении (разбрызгивании) веществ, относительном перемещении двух находящихся в контакте тел, слоев жидких и сыпучих материалов, при интенсивном перемешивании, кристаллизации, а также вследствие индукции.
При трении диэлектриков на их поверхности появляются избыточные заряды, на сухих руках накапливаются электрические заряды, создающие потенциал до 500 В. Разность потенциалов между грозовым облаком и Землей достигает огромных значений, измеряемых сотнями миллионов Вольт, и в воздухе возникает сильное электрическое поле.
При благоприятных условиях возникает пробой. Заряды имеют свойство в большей степени накапливаться на остриях или телах, близких по форме остриям.
Вблизи этих острей создаются высокие электрические поля. По этой причине молнии попадают в высокие отдельно стоящие объекты (башни, деревья и т. п.), и поэтому человеку опасно находиться на открытом пространстве во время грозы или вблизи отдельных деревьев, металлических предметов.
Наряду с естественными статическими электрическими полями в условиях техносферы и в быту человек подвергается воздействию искусственных статических электрических полей.
Распространенными средствами защиты от статического электричества являются уменьшение генерации электростатических зарядов или их отвод с наэлектризованного материала, что достигается:
1) заземлением металлических и электропроводных элементов оборудования;
2) увеличением поверхностной и объемной проводимости диэлектриков;
3) установкой нейтрализаторов статического электричества.
Заземление проводится независимо от использования других методов защиты.
21. Лазерное излучение
Лазерное излучение. Лазер или оптический квантовый генератор - это генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вынужденного (стимулированного) излучения.
В зависимости от характера активной среды лазеры подразделяются на твердотелые (на кристаллах или стеклах), газовые, лазеры на красителях, химические, полупроводниковые и др.
По степени опасности лазерного изучения для обслуживающего персонала лазеры подразделяются на четыре класса:
Класс I (безопасные) - выходное излучение не опасно для глаз;
Класс II (малоопасные) - опасно для глаз прямое или зеркально отраженное излучение;
Класс Ш (среднеопасные) - опасно для глаз прямое, зеркально, а также диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности и (или) для кожи прямое или зеркально отраженное излучение;
1 класс IV (высокоопасные) - опасно для кожи диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.
Классификация определяет специфику воздействия излучения на орган зрения и кожу. В качестве ведущих критериев при оценке степени опасности генерируемого лазерного излучения приняты величина мощности (энергии), длина волны, длительность импульса и экспозиции облучения.
Лазеры широко применяются в различных обла
