Реферат: Химия и экология

Отходы высокого уровня. Это очень концентрированные отходы, поступающие от переработки топливных стержней ядерных реакторов. При радиоактивном распаде они выде­ляют тепло и должны хранится в условиях, обеспечивающих постоянный отвод теп­ла, по крайней мере 50 лет. После этого, по мнению спе­циалистов, их необходимо будет превратить в стеклян­ные блоки, запечатать в ме­таллические контейнеры и захоронить, вероятно, в под­земных пустотах. По сравне­нию с историей человече­ства, они будут радиоактив­ными всегда. Производя от­ходы высокого уровня, мы в качестве побочного про­дукта создаем еще большое количество отходов средне­го уровня.

Сейчас рассматриваются разные способы избавления от отходов:

·     превращение жидко­стей в инертные твердые вещества (керамику) для за­хоронения в глубоких геологических горизонтах;

·     хранение слабо- и среднеактивных отходов в старых рудниках, соляных копях;

·     высокоактивные отходы должны содержаться в твер­дом виде — в остеклованных блоках или в небольших ко­личествах в бетонных и битумных блоках.

Какие горные породы лучше всего подходят для за­хоронения ядерных отходов? Ядерные отходы должны быть ограждены от просачивания в окружающую среду. Они должны хранится безопасно на протяжении тыся­челетий. Для этого должны быть спроекти­рованы и построены контейнеры, устойчивые к проса­чиванию отходов.

Что может быть причиной нарушения их герметичнос­ти? Главная проблема — вода, которая может быть при­чиной коррозии почти всех металлов. Некоторые горные породы довольно легко пропускают воду. В этом слу­чае металл начи­нает корродировать, контейнеры теряют герметич­ность и пропуска­ют радиоактивные вещества. Если вода поднимается на поверхность, опасность увели­чивается.               

Движение воды через горные породы зависит от двух факторов: пористости породы и гидравлического градиента.

Пористость — это мера расстояния между микроско­пическими зернами, из которых состоит порода. Породы с большими расстояниями между зернами (высокая порис­тость) склонны довольно легко пропускать воду. Также легко пропускают водные потоки и породы с множеством трещин и сдвигов.

Гидравлический градиент — это разность по высоте между местом поступления воды и местом, куда она по­ступает. Вода всегда течет вниз по склонам, и чем круче склон, тем быстрее она течет. Хранилище отходов долж­но быть размещено так, что, если произойдет разгерме­тизация, вода могла бы унести отходы в нижние слои гор­ных пород дальше от поверхности.

  ХРАНЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ (РАО) В ОБЛАСТИ.

Региональный пункт захоронения (ЦПЗРО) спецкомби­ната «РАДОН» в 1995 г. имел регулярное федеральное финансирование и работал без особых осложнений. Произ­водилось захоронение твердых РАО на 80% из Свердлов­ской области (до 6000 Ки). Суммарная активность захоро­ненных РАО — 139000 Ки. Радиационная обстановка вокруг ЦПЗРО контролировалась службой пункта и ОблЦСЭН Гамма-каротаж 16 контрольных скважин, активность проб стоков после стирки спецодежды, проб снега и раститель­ности не превышал фоновых значений. Гамма-фон по пери­метру «грязной» зоны находился в пределах 8—13 мкР/час. Радиационная обстановка в районе ЦПЗРО, который вхо­дит в 100-километровую зону БАЭС, находится на уровне всей зоны.

Пункт захоронения РАО Ключевского завода ферро­сплавов (п. Двуреченск) проводит захоронение отходов в виде торий- и ураносодержащих шлаков в 3 км от поселка. В 1995 г. завершена засыпка первой траншеи с РАО. Влия­ние на окружающую среду заметно только за счет внеш­него гамма-излучения на расстоянии до 60 м от перимет­ра. Вокруг пункта захоронения оформлена санитарно-защитная зона. Суммарная активность захороненных РАО — 1,1 Ки, гамма-фон — 13 мкР/ч.

Склады монацитового концентрата в Красноуфимском районе (бывший филиал комбината «Победа») содержат на хранении более 80 тыс. т. монацитового песка со средним содержанием ThO2 порядка 5%. Влияние объекта на окру­жающую среду идет за счет внешнего гамма-излучения. На расстоянии 250-300 м от заграждения гамма-излучение снижается до фоновых значений. Склады монацитового песка в случае чрезвычайных ситуаций и стихийных бед­ствий потенциально опасны.

Хранилища твердых и жидких отходов на Белоярской АЭС работают в нормальном режиме, но с учетом возмож­ного снятия с эксплуатации 1 и 2 блоков АЭС, необходимо их расширение или строительство нового хранилища.

Особую тревогу для окружающей среды и населения вызывают бассейны выдержки отработанных твэлов, тре­бующие капитальных затрат на поддержание их эксплуа­тационных характеристик.

ГАЗОВЫЕ ВЫБРОСЫ

                Парниковый эффект, озоновые дыры, кислые дожди, пораженные леса, смог — все это понятия, которые од­нозначно характеризуют нарушение среды обитания. Эти отклонения основаны на сложных биохимических, физи­ческих и физико-химических процессах, вызванных мно­гочисленными антропогенными источниками выбросов.

Несмотря на значительные усилия и частичный успех, раз­работка решений по первичной охране окружающей сре­ды, то есть концепции экологически чистых технологичес­ких процессов не могут быть решены в необходимой степе­ни за короткое время. Вторичные природоохранные ме­роприятия, а именно очистка отходящих газов и воздуха в целях снижения твердых, парообразных и газообразных вредных компонентов, по-прежнему не утратили своего значения. Однако следует отметить, что эффективность их по разным причинам не очень высока. За период с 1989 по 1994 г в Свердловской области масса выбросов загряз­няющих веществ как суммарная, так и по основным за­грязняющим веществам имеет тенденцию к снижению. Ва­ловой выброс загрязняющих веществ за 5 лет снизился более, чем на 40%. Это ли не прекрасно! Причем пылевые выбросы в атмосферу сократились практически на 55%, а газообразные на 39%. Однако все это сокращение связа­но, в основном, с падением производства.

Воздухоохранные мероприятия по снижению выбросов загрязняющих веществ (1995 г.)

В 1994 году на предприятиях области улавливалось 10,1 млн. т загрязняющих веществ, из них утилизировано 4,88 млн. т. Степень улавливания загрязняющих веществ по области в целом составила 86,56%. Самая низкая степень улавливания на предприятиях топливной отрасли — 6,21%.

Мероприятия по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу области были выполнены на 83 предприятиях. Выбросы за 1995 год снижены на 21 тыс. т. Какие же мероп­риятия были проведены?

В основном это:

·     повышение эффективности существующих установок газоочистки (УГО) предприятий Верхнего Тагила, Серо­ва, Качканара — 2253 т;

·     наладка и ремонт УГО в Артемовске, Сухом Логе, НТМК — 1773,1 т;

·     монтаж новых УГО в Серове, Каменск-Уральском, Сухом Логу, Первоуральске, Асбесте — 899,6;

·     реконструкция УГО в Ревде, Полевском, Каменск-Уральском, Екатеринбурге, Нижнем Тагиле — 350,1 т;

·     перевод систем отопления с мазута на газ в Реже, Серове, Красноуральске — 1103,4 т)

·     изменение технологии в Красноуральске, Полевском, Екатеринбурге — 13674,7 т;

·     закрытие источника загрязнений в Асбесте, Каменск-Уральском — 529,4 т.

Очистка отходящих газов и воздуха. Для очистки газов применяют: электрическую очистку, механические пылеулавливатели, процессы абсорбции и хемосорбции, сжигание, адсобцию и катализ.

Электрическая очистка газа основана на принципе поляризации твердых частиц, содержащихся в газе или воздухе. Под действием электричества создается электро­магнитное поле. Частицы поляризуются, притягиваются к одному из электродов и скапливаются на его поверхности. Периодически образовывающийся налет удаляется. При­меняется на предприятиях цветной и черной металлургии, химической и целлюлозно-бумажной промышленности, промышленности строительных материалов, стекольных заводов в топливно-энергетическом хозяйстве: для очист­ки обжиговых и отходящих газов из печей, конвертеров домен любых видов, сушилок, электролитных и стекло­плавильных ванн, любых газов термических процессов, отходящего воздуха или газов от источников пыли на цемент­ных заводах.

Механические пылеуловители включают в себя: цен­тробежные сепараторы (циклоны, мультициклоны), тка­невые фильтры, грануляторные фильтры (фильтр с завихряющими, насыпными слоями).

Циклоны, мультициклоны применяются для очистки полезных и отходящих газов от пыли в сталелитейной, металлургической и химической промышленности, таких как дымовые газы, агломерационные газы, печные газы и т.д.

Очистка газа при выплавке алюминия.

Тканевые фильтры: очистка от пыли отходящих газов и воздуха помещений на литейных металлургических заво­дах, электростанциях и мусоросжигательных установках.

Грануляторные фильтры: очистка от пыли отходящего воздуха из клинкерных охладителей на цементных заво­дах, отходящих газов из вращающихся и шахтных печей, предприятий по добыче и переработке нерудных полез­ных ископаемых и почв, а также дымовых газов, отходя­щих газов агломерационных фабрик.

Абсорбция и хемосорбция. Процессы абсорбции и хемосорбции применяются в скрубберах, распылительных аб­сорберах, реакторах с циркулирующим кипящим слоем. При этом используются методы мокрой очистки путем промывки, абсорбции и реакция для удаления агрессивных газов с жидкостями, прежде всего в химической промышленнос­ти, на металлургических заводах, электростанциях и мусо­росжигательных заводах. Полусухие методы, основанные на реакции агрессивных газов (S02, НС1, HF) с суспензия­ми, с образованием твердых продуктов реакции, использу­ются на электростанциях и мусоросжигательных заводах (распылительные абсорберы). Сухие методы, в качестве цир­куляционных процессов в реакторе с циркулирующим ки­пящим слоем с порошковым абсорбентом, для удаления аг­рессивных газов из отходящих газов алюминиевой, хими­ческой промышленности, промышленности строительных ма­териалов, электростанций и мусоросжигательных заводов. Удаление из газов ртути и других вредных компонентов с помощью специально пропитанного активированного угля.

Очистка отходящих газов путем сжигания приме­няется для отходящих нефтехимических предприятий, сжигания газов, содержащих хлорпроизводные углеводо­роды с регенерацией, совместного сжигания отходящих газов и жидких остатков.

Очистка газов путем адсорбции и катализа для уда­ления растворителей, органических и неорганических сер­нистых соединений, а также других газо- или парообразных агрессивных веществ из отходящего воздуха и газов путем адсорбции на активированном угле. Удаление H2S и S02 из отходящих газов путем катализа на алюминиевоокисных ка­тализаторах (А120з) для получения товарной серы. Каталити­ческое восстановление оксидов азота в дымовых газах с це­лью снижения содержания NO2. Каталитическое окисление диоксинов и фуранов. Удаление вредных компонентов (диоксинов, фуранов, ртути и тяжелых металлов в газообразном виде) на буроугольном коксе или активированном угле мето­дом адсорбции. Очистка отходящих газов от S02 (например, в пигментной промышленности) путем каталитического окис­ления до SO2 и получения серной кислоты.

Снижение количества газовых выбросов. Одним из очевидных способов снижения количества га­зов от электростанций является меньшее потребление электричества. Самый дешевый и легкий способ снижения количества используемой энергии для обогрева дома, это изоляция вашего дома и избавление от сквозняков. Изоля­ция чердаков, утепление дверей и окон, подбор тяжелых, подбитых штор на окна могут окупить себя в течение двух лет низкими ценами на оплату обогрева. Экономия денег — это только одна польза. Потребление меньших количеств энергии экономит топливо, которое не может быть вос­полнено и снижает загрязнение воздуха от сжигания угля и нефти.

Не менее важным методов является реконструкция действующих предприятий и установок газоочистки (УГО). В некоторых случаях полезной бывает даже ликвидация источников загрязнения.

ЛИКВИДАЦИЯ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ

Утеплительные меры не спасают от. вредных выбросов, но диоксид серы, перед тем как выбрасывать его в воздух, можно удалять из отрабо­танного газа. В Германии с использованием аммония ди­оксид серы превращают в удобрение — сульфат аммо­ния. Удаление оксидов азо­та — более трудная задача. В настоящее время разра­батываются технологии сжи­гания ископаемого топлива при более низких темпера­турах с меньшим образова­нием оксидов азота.

Нагревание известняка с добавлением воды перево­дит его в гашеную известь, используется фермерами

для уменьшения кислотности почвы. В Швеции широко при­меняется известкование озер. Этот метод позволя­ет поддерживать в озерах низкий уровень кислотности и тем самым жизнедеятельность живых организмов.

В свое время девять европейских стран ставили цель: снизить до 30% количество выброшенного в атмосферу диоксида серы, но остальные не так и не присоединились к ним. Кислотный дождь — очень сложная проблема, и нет никакой уверенности, что потраченные на снижение выбросов диоксида серы миллионы долларов приведут к за­метному улучшению состояния водоемов.

ЛИКВИДАЦИЯ ТВЕРДЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ

Повсеместно основными методами обезвреживания не утилизируемых промышленных отходов являются терми­ческая обработка и захоронение на промышленных поли­гонах. Однако основная часть этих отходов складируется временно на промышленных предприятиях, а затем уда­ляется и подлежит захоронению на специальных полиго­нах, предназначенных для не утилизируемых промышлен­ных отходов.

Полигоны для твердых промышленных отходов мало чем отличаются от бытовых, за исключением состава отходов. Отходы, как правило, имеют более однородный состав, часто высокотоксичные, требуют дополнительных физи­ко-химических методов разложения.

В Свердловской области зарегистрировано 647 объек­тов для размещения отходов, в том числе 252 свалки бы­товых отходов. Основная часть отходов размещается в хра­нилищах, не соответствующих нормативным требованиям. Экологическая проблема утилизации, переработки, обез­вреживания и размещения промышленных отходов, и осо­бенно токсичных, является бесспорно актуальной, но су­ществующая система устранения отходов несовершенна и влечет за собой новые, не менее сложные проблемы.

Так, в Екатеринбурге часть отходов промышленности вывозятся на полигон «Северный; в окрестностях пос. Крас­ногвардейский, Красный, Зеленый Бор, Садовый на пло­щади 25—30 км2 сосредоточено 5 свалок, в том числе мо­гильник радиоактивных и жидких высокотоксичных отхо­дов. Две свалки принадлежат Уралмашу. В окрестностях пос. Горный Щит две свалки бытовых и промышленных отходов. Одна из них площадью 47,5 га — полигон про­мышленных и бытовых отходов завода РТИ. На той же территории находятся, к сожалению, садово-огородные товарищества и кооперативы.

Основными видами промышленных отходов, вывозимых для захоронения с РТИ являются: отходы губчатых изде­лий (1000 т/год), эбонитовых изделий (280 т/год), крошка изоляционной ленты (90 т/год), мешки бумажные (30 т/год), использовавшиеся для транспортировки и хранения ком­понентов, входящих в рецептуру приготовления резины.

Для размещения отходов горнодобывающей и перера­батывающей промышленности, черной и цветной метал­лургии, топливно-энергетического комплекса используются отвалы пустых и вскрышных пород, некондиционных руд, хвостохранилища (отходы обогатительных фабрик), шла­ковые отвалы, шламохранилища и шламонакопители пред­приятий черной и цветной металлургии, золоотвалы ГРЭС. Надо отметить, что в нашей области в 1993 г. отходов уг­ледобычи и обогащения было использовано соответствен­но 12 млн. м3 (75%) и 0,3 млн. м3 (56%), в основном для засыпки разрезов и карьеров.

Таким образом, кроме прямого воздействия на почвы промышленных выбросов и сбросов, в области интенсивно идет процесс вторичного загрязнения земель в результате вымывания токсичных соединений из отвалов, шламохранилищ и свалок.

Для размещения всех отходов области из землепользо­вания изъято 16534,8 га, в том числе предприятиями цвет­ной металлургии 3147,2 га, предприятиями черной метал­лургии 6228,3 га, предприятиями топливно-энергетической промышленности 3944 га, предприятиями, производя­щими стройматериалы, 3215,3 га.

Некоторые отходы содержат материалы, которые особен­но опасны для людей. Эти отходы называются особо токсич­ными или специальными отходами. Точная цифра количества специальных отходов не поддается прямой оценке, однако косвенным образом она оценивается как 1/10 объема созда­ваемых ежегодно токсичных промышленных отходов.

Часть из наиболее опасных отходов разрушается в спе­циальных печах. Вещества, которые сжигаются, включа­ют сложные соединения углерода, водорода и одного или более галоидных соединений (хлора, фтора, йода и брома). Эти химикаты поступают из пестицидов, пластмасс и ме­дицинских препаратов, а также из различных раствори­телей для обезжиривания и сухой химчистки.

Процесс сжигания очень дорог и используется только для наиболее опасных отходов. Свалка, по-прежнему, самый дешевый способ захоронения отходов и используется для многих опасных отходов, таких как асбест, кислотные и щелочные отстой отходов тяжелых металлов, химикаты из пластмассовой промышленности и отходы масел. Лишь очень немногие свалки специализируются для опасных от­ходов, и они тщательно контролируются для уменьшения опасности загрязнения. Например, отходы многих тяже­лых металлов выбрасываются в виде осадка нерастворен­ных солей. Если на ту же землю вылить кислоты, то они могут сформировать растворимые соли тяжелых метал­лов, которые могут отравить местные источники. Прежде всего на карте должно быть отмечено точное положение всех отходов, и выброс на свалке должен тщательно кон­тролироваться.

ЛИКВИДАЦИЯ ЖИДКИХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ

Предприятия или, не утруждая себя очисткой, слива­ют промышленные стоки в водоемы (311 промышленных предприятий сливают свои стоки в р. Исеть), или, после предварительной физико-химической очистки,— в канали­зационную сеть, а там они подвергаются той же обработ­ке, что и коммунальные стоки.

Часть предприятий области имеет оборотные циклы водоснабжения, что позволяет повторно использовать очи­щенные промышленные стоки, но, к сожалению, они пока не делают «погоду». Об использовании оборотных циклов водоснабжения мы поговорим в следующей главе.

Для высокотоксичных промышленных стоков применя­ются скважины. Требования к подобным скважинам и к грунту очень строгие. Однако отсутствие подобных поли­гонов по захоронению высокотоксичных отходов (I и II клас­са опасности) усугубляет экологическую обстановку облас­ти. Неблагоприятная обстановка сложилась с размещением и хранением отходов гальванического производства, всего накоплено в хранилищах предприятий 71388 т.

Промышленные предприятия области эксплуатируют 167 очистных сооружений механической очистки (проект­ной мощностью 379 млн. м3 в год, фактическим поступлением  — 210 млн. м3) и 38 очистных сооружений физико-химической очистки (проектной мощностью 90,0 млн. м в год, фактическим поступлением — 40,0 млн. м ). Сброс про­изводственных, ливневых сточных вод, шахтно-рудничных, коллекторно-дренажных вод после данных очистных сооружений осуществляется в поверхностные водные объекты. Нормативно-очищенные воды сбрасываются пос­ле 26 сооружений механической очистки (проектной мощ­ностью 72 млн. м3 в год, фактическим поступлением — 47 млн. м3) и 3 сооружений физико-химической очистки (про­ектной мощностью 25 млн. м3 в год, фактическим поступ­лением 16 млн. м3). Основными причинами неудовлетвори­тельной работы механических и физико-химических очист­ных сооружений является превышение концентраций за­грязняющих веществ в сточных водах, поступающих на очистку; несоответствие технологии очистки составу по­даваемых сточных вод; сезонная перегрузка по объему поступающих сточных вод; неудовлетворительная эксплу­атация очистных сооружений.

Наряду с неудовлетворительной работой очистных со­оружений и неконтролируемым сбросом стоков, угрозу окружающей среде представляют шламонакопители. В об­ласти построено 146 шламонакопителей, прудов-отстой­ников токсичных вод с суммарным объемом 900 млн. м3 с площадью зеркала 141,2 км2.

Наиболее крупные шламонакопители:

·     хвостохранилище Качканарского ГОК,

·     золоотвалы Рефтинской и

·     золоотвалы Верхнетагильской ГРЭС. А самые токсичные:

·     шламонакопители «Хромпика» (г. Первоуральск), со­держащие хром шестивалентный;

·     Сорьинский шламонакопитель (г. Красноуральск), со­держащий 10 млн. м3 загрязненных фтором, мышьяком и медью стоки;

·     шламонакопитель «Уралхимпласта» (г. Нижний Тагил) с высоким содержанием органических веществ.

Для улучшения качества сбрасываемых сточных вод и уменьшения их объема предусматривается строительство новых, реконструкция действующих очистных сооружений, а также ввод в эксплуатацию систем оборотного и повтор­ного водоснабжения.

Предприятия должны очищать отработанную воду до стандартов, установленных местными водоохранными службами, которые контролируют качество водоемов.

Водоохранные службы редко преследуют предприятия за загрязнение рек. Когда же они это делают, штрафы обычно незначительны. Однако угроза судебного разбира­тельства и привлечение внимания общественности часто играет положительную роль, заставляя предприятия сни­жать уровень загрязнения воды.

Часто предприятия, не имеющие своих очистных со­оружений, особенно в центральных частях населенных пунктов, спускают отработанные воды в канализацию, на очистные сооружения. Естественно, они должны оплачивать эти услуги в соответствии с объемом и степенью за­грязнения отходов, поэтому зачастую значительно выгод­нее сбрасывать часть отходов с целью снижения расходов.

Частичная обработка стоков включает:

·     нейтрализацию кислот и щелочей;

·     поглощение тяжелых металлов и сбор их в твердом отстое;

·     отделение нефти и жиров от воды;

·     отстаивание загрязненных твердых веществ в воде. Все эти процессы и полная обработка отработанной воды могут произвести шламовые отходы, обычно выбрасывае­мые на свалки.

Неэтилированный бензин — это бензин без тетра-этилсвинца. Европа первой осуществила переход на не­этилированный бензин. Сначала бензин без тетраэтилсвинца был дороже; шли слухи, что при использовании этого бензина автомобили теряют эксплуатационные характери­стики. Водители не были уверены, могут ли их автомобили работать на неэтилированном бензине. Уверенности не было даже у специалистов. Оказалось, что многим автомобилям необходимо лишь небольшое приспособление к двигателю. Сейчас в Европе ситуация прояснилась Все автомобили, произведенные с октября 1990 года, могут заправляться неэтилированным бензином

Каталитический конвертер. Каталитический конвертер — это коробка, вставленная в выхлопную систему автомоби­ля Она содержит катализатор, сделанный из драгоценных металлов (сейчас прорабатываются конструкции без драгоценных металлов) Катализатор превращает опасные оксиды азота в безвредный азот, а угарный газ в углекис­лый. Не сгоревшие при работе двигателя углеводороды превращаются в углекислый газ и воду.

Задачи области в снижении выбросов от стационарных и передвижных источников состоят в следующем:

1)   Обновление пылегазоочистного оборудования.

2)   Оснащение наиболее крупных источников выбросов системами мониторинга (пыль, S02, СО, NOg).

3)   Внедрение автогенных процессов на предприятиях медной промышленности.

4)   Газификация котельных.

5)   Использование газа в качестве топлива для автотран­спорта

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6