Экология. Рациональное природопользование и безопасность жизнедеятельности. Часть 3
C.13)
• Окисление кислородом при высокой температуре:
2NO + О2 -> 2NO2. C.14)
2. Восстановительные методы основаны на восстановлении ок-
сидов азота до нейтральных продуктов в присутствии катализато-
ров или под действием высоких температур в присутствии восста-
новителей. Процесс восстановления идет по схеме:
N2O5 -> N2O4 -> NO2 -> NO -> N2 + O2. C.15)
3. Сорбционные методы:
• Адсорбция оксидов азота водяными растворами щелочей и
СаСО3.
• Адсорбция оксидов азота твердыми сорбентами (бурые угли,
торф, силикагели).
Очистка газов от диоксида серы SO2.
1. Аммиачные методы очистки. Они основаны на взаимодейст-
вии SO2 с водным раствором сульфита аммония:
SO2 + (NH4KSO3 + H2O -> 2NH4HSO3. C-l6>
Образовавшийся бисульфит легко разлагается кислотой:
2NH4HSO3 + H2SO4 -> (NH4JSO4 + 2Н2О + 2SO2. Cj7)
2. Метод нейтрализации SO2. Он основан на поглощении S°2
раствором соды или извести.
• Содовый метод (а -» б -> в):
а) 2Na2CO3 + SO2 + Н2О -> 2NaHCO3 + Na2SO3
б) 2NaHCO3 + SO2 -> Na2SO3 + 2CO2 + H2O C>1
в) Na2SO3 + SO3 + H2O -> 2NaHSO3.
180
• Известковый метод — поглощение SO2 из газов суспензией
SO2 + 2Н2О + CaO -> CaSO3 ¦ Н2О. C.19)
• Магнезитовый метод — поглощение SO2 суспензией MgO:
MgO + SO2 + 6Н2О -> MgSO3 • 6Н2О. C.20)
• Цинковый метод — поглощение SO2 суспензией ZnO:
ZnO + SO2 + 2,5Н2О -> ZnSO2 • 2,5Н2О l
C.21)
ZnO + 2SO2 + H2O > Zn(HSO3J I. J
3. Каталитические методы. Основаны на химических превра-
щениях токсичных компонентов в нетоксичные на поверхности
катализаторов:
• пиролюзитный метод — окисление SO2 кислородом в жид-
кой фазе в присутствии катализатора — пиролюзита (МпО2); ме-
тод может использоваться для получения серной кислоты:
4МпО2 + ЗО2 -> 2МпО
Mn2O7 + 6SO2 + О2 + ЗН2О -> Mn2(SO4K + 3H2SO4
MnSO4 + 3SO2 + 3H2O -> 3H2SO4 + Mn2(SO3K;
C.22)
• озоно-каталитический метод — разновидность пиролюзит-
ного метода и отличается от него тем, что окисление Мп2+ в Мп3+
осуществляют в озоно-воздушной смеси:
О3 + 2MnSO3 + H2SO4 -> Mn2(SO4K + Н2О. C.23)
Эффективность очистки зависит от множества факторов: пар-
циальных давлений SO2 и О2 в очищаемой газовой смеси; темпера-
^РЫ отходящих газов; наличия и свойств твердых и газообразных
Компонентов; объема очищаемых газов; наличия и доступности
с°Рбентов; требуемой степени очистки газа.
Иллюстрацией метода очистки газа по принципу безотходной
е*Нологии может служить процесс очистки выбросов от SO2 пу-
^М окисления до SO3 в присутствии V2O5 при температуре
^50480 °С. Затем при 220—260 °С введение газообразного ам-
а приводит к выпадению осадка в виде кристаллов сульфата
, являющегося эффективным минеральным удобрением.
1 . \' . .-, . • . 181
После проведенной очистки газ поступает в атмосферу и D
сеивается, при этом загрязнение воздушной среды в приземно^
слое не должно превышать ПДК. Главной геофизической обсерв ^
торией России разработана «Методика расчета концентраций в ат\'
мосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выброСа~
предприятий». Программы расчетов на ЭВМ носят названи
«Эфир 5» и «Эфир 6». Рассмотрим вариант защиты окружающей
среды от промышленных выбросов.
При расчете могут устанавливаться:
1) См — реальная максимальная концентрация загрязняющИх
веществ в приземном слое атмосферы для сравнения ее с ПДК;
2) Н — минимальная высота трубы для обеспечения ПДК в
приземном слое атмосферы;
3) ПДВ — предельно допустимый выброс, обеспечивающий
концентрацию вредных веществ в приземном слое атмосферы не
выше ПДК;
4) Смт — соответствующая ПДВ вредных веществ на выходе из
трубы.
Формулами для расчета служат:
3, мг/м3; C.24)
Н= (AMFD/BVCpL/*, м; C.25)
мг/с; C.26)
, мг/м3, C.27)
где А — коэффициент, зависящий от условий рассеивания в атмо-
сфере в зависимости от климатической зоны страны: А = 120 для
Центральной части России; А = 160 для Северной и Северо-Запад-
ной ее части; А = 200 для Сибири и Дальнего Востока; М — масса
выбрасываемых ежесекундно вредных веществ, г/с; п — безраз-
мерный коэффициент, зависящий от параметра VM, указывают^\'
го на опасную скорость ветра, определяемого скоростью выход3
газов в сечении на выходе трубы (<в0 = AVJnD1); H— высота вЫ\'
броса (высота трубы), м; F— безразмерный коэффициент, завися\'
щий от скорости оседания веществ в атмосферном воздухе: /*
для газообразных выбросов и мелкодисперсной пыли; F= 2 Пр
коэффициенте очистки л ^ 90 %; F= 2,5 при 75 % < г\\ й 90 \'°\'
F-Ъ при л < 75 %, К— коэффициент, зависящий от диаметр
трубы и объема выброса; К= D/%V; D — диаметр трубы, J
Vr — ежесекундный объем выбрасываемых газов, м3/с; С
182 .\'..... , .
сдельно допустимая концентрация загрязняющего вещества,
/М3; Сд ~ допустимая приземная концентрация вредных ве-
геств в приземном слое, определяемая как разность предельно до-
устимой и фоновой Сф концентраций, мг/м3.
В заключение отметим, что очистка выбросов представляет
„азновидность утилизации отходов, имеющую огромное значение
L# получения многих химических соединений, при постоянном
сТОщении природных полезных ископаемых, и поэтому разра-
ботка новых и совершенствование существующих способов пере-
работки выбросов никогда не потеряют актуальности.
§ 3.5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОГО УЩЕРБА
ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ
Под экономическим ущербом принято понимать потери или от-
рицательные изменения в биосфере, вызванные ее загрязнением и
выраженные в денежной форме. Экономический ущерб может
быть фактическим и возможным. Иногда оценивают предотвра-
щенный ущерб, равный разности возможного и фактического.
В общем виде экономический ущерб У от загрязнения атмо-
сферы рассчитывают по формуле
у-2> <3\'28>
гдеУ; — различные виды ущербов, в частности: причиняемый здо-
ровью людей (затраты на медицинские услуги); причиняемый
сельскому и лесному хозяйству (потери урожайности, животно-
водства, лесного хозяйства); причиняемый коммунальному хозяй-
ству (затраты на жилищные потери, бытовые услуги); причиняе-
мый промышленным объектам (потери сырья, топлива, помеще-
ний).
Рассмотрим конкретный пример расчета ущерба, причинен-
ного здоровью людей. Вначале оценим суммарные затраты, вы-
данные появившимися в результате ущерба характерными забо-
Леваниями:
У, = Зх + 32 + 33 + 34, C.29)
Ае 3j — затраты на лечение в стационаре; 32 — затраты на после-
\"ощее поликлиническое лечение; 33 — уменьшение националь-
°г° Дохода; 34 — оплата больничных листов.
183
В свою очередь:
где С\\ — затраты надень в стационаре (без учета медицинского об
служивания) iV, —число заболевших; Р,-— относительное числ
заболевших, нуждающихся в стационарном лечении (например
при ОРЗ Д = 0,15); /, —число дней нахождения в больнице\'
/ — количество заболеваний; С2 — оплата медицинского обслужи.!
вания.
а-/>/), аз1)
=(*с3 +с2
1=1
где Ъ — удельный вес заболеваний; С3 — стоимость одного вызова
на дом; С4 — стоимость лекарств.
Уменьшение национального дохода:
i A32)
1=1
где D — уменьшение национального дохода на одного работающе-
го за один рабочий день; /2; — общая продолжительность болезни.
И наконец оплата больничных листов:
где В — средняя оплата одного дня на бюллетене.
Поскольку для каждого вида заболевания свои данные по про-
должительности заболевания, свой удельный вес больных и т. Д..
а видов заболеваний для одного ущерба может быть несколько, то
вычисления ущерба могут быть достаточно громоздкими, но впол-
не выполнимыми при использовании компьютерной техники. °
ряде случаев для расчета ущерба пользуются «методикой конЦеН~
траций», использующей статистические данные, позволяют11
оценить экономический ущерб при определенном уровне загря3
нения, наносимый единице объекта, попадающего в зону загря3
нения.
. C.34)
у2Х*
184
г
. К— количество единиц основного расчетного объекта A чело-
\\ 1 га, 1 млн руб.); Ууд, — удельный ущерб, наносимый единице
гкта при уровне загрязнения /-м загрязняющим ве-
Удельные ущербы определяются для конкретных загрязняю-
^ веществ, конкретных климатических районов и сводятся в
специальные статистические таблицы. Недостатком «методики
оНцентраций» является отсутствие статистических данных для
оЯда загрязняющих веществ и невозможность четкого разграниче-
ния зон загрязнения по уровням загрязнения, то есть затруднения
в определении ущерба от одного конкретного предприятия, если
зоны загрязнения перекрываются.
• Окисление кислородом при высокой температуре:
2NO + О2 -> 2NO2. C.14)
2. Восстановительные методы основаны на восстановлении ок-
сидов азота до нейтральных продуктов в присутствии катализато-
ров или под действием высоких температур в присутствии восста-
новителей. Процесс восстановления идет по схеме:
N2O5 -> N2O4 -> NO2 -> NO -> N2 + O2. C.15)
3. Сорбционные методы:
• Адсорбция оксидов азота водяными растворами щелочей и
СаСО3.
• Адсорбция оксидов азота твердыми сорбентами (бурые угли,
торф, силикагели).
Очистка газов от диоксида серы SO2.
1. Аммиачные методы очистки. Они основаны на взаимодейст-
вии SO2 с водным раствором сульфита аммония:
SO2 + (NH4KSO3 + H2O -> 2NH4HSO3. C-l6>
Образовавшийся бисульфит легко разлагается кислотой:
2NH4HSO3 + H2SO4 -> (NH4JSO4 + 2Н2О + 2SO2. Cj7)
2. Метод нейтрализации SO2. Он основан на поглощении S°2
раствором соды или извести.
• Содовый метод (а -» б -> в):
а) 2Na2CO3 + SO2 + Н2О -> 2NaHCO3 + Na2SO3
б) 2NaHCO3 + SO2 -> Na2SO3 + 2CO2 + H2O C>1
в) Na2SO3 + SO3 + H2O -> 2NaHSO3.
180
• Известковый метод — поглощение SO2 из газов суспензией
SO2 + 2Н2О + CaO -> CaSO3 ¦ Н2О. C.19)
• Магнезитовый метод — поглощение SO2 суспензией MgO:
MgO + SO2 + 6Н2О -> MgSO3 • 6Н2О. C.20)
• Цинковый метод — поглощение SO2 суспензией ZnO:
ZnO + SO2 + 2,5Н2О -> ZnSO2 • 2,5Н2О l
C.21)
ZnO + 2SO2 + H2O > Zn(HSO3J I. J
3. Каталитические методы. Основаны на химических превра-
щениях токсичных компонентов в нетоксичные на поверхности
катализаторов:
• пиролюзитный метод — окисление SO2 кислородом в жид-
кой фазе в присутствии катализатора — пиролюзита (МпО2); ме-
тод может использоваться для получения серной кислоты:
4МпО2 + ЗО2 -> 2МпО
Mn2O7 + 6SO2 + О2 + ЗН2О -> Mn2(SO4K + 3H2SO4
MnSO4 + 3SO2 + 3H2O -> 3H2SO4 + Mn2(SO3K;
C.22)
• озоно-каталитический метод — разновидность пиролюзит-
ного метода и отличается от него тем, что окисление Мп2+ в Мп3+
осуществляют в озоно-воздушной смеси:
О3 + 2MnSO3 + H2SO4 -> Mn2(SO4K + Н2О. C.23)
Эффективность очистки зависит от множества факторов: пар-
циальных давлений SO2 и О2 в очищаемой газовой смеси; темпера-
^РЫ отходящих газов; наличия и свойств твердых и газообразных
Компонентов; объема очищаемых газов; наличия и доступности
с°Рбентов; требуемой степени очистки газа.
Иллюстрацией метода очистки газа по принципу безотходной
е*Нологии может служить процесс очистки выбросов от SO2 пу-
^М окисления до SO3 в присутствии V2O5 при температуре
^50480 °С. Затем при 220—260 °С введение газообразного ам-
а приводит к выпадению осадка в виде кристаллов сульфата
, являющегося эффективным минеральным удобрением.
1 . \' . .-, . • . 181
После проведенной очистки газ поступает в атмосферу и D
сеивается, при этом загрязнение воздушной среды в приземно^
слое не должно превышать ПДК. Главной геофизической обсерв ^
торией России разработана «Методика расчета концентраций в ат\'
мосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выброСа~
предприятий». Программы расчетов на ЭВМ носят названи
«Эфир 5» и «Эфир 6». Рассмотрим вариант защиты окружающей
среды от промышленных выбросов.
При расчете могут устанавливаться:
1) См — реальная максимальная концентрация загрязняющИх
веществ в приземном слое атмосферы для сравнения ее с ПДК;
2) Н — минимальная высота трубы для обеспечения ПДК в
приземном слое атмосферы;
3) ПДВ — предельно допустимый выброс, обеспечивающий
концентрацию вредных веществ в приземном слое атмосферы не
выше ПДК;
4) Смт — соответствующая ПДВ вредных веществ на выходе из
трубы.
Формулами для расчета служат:
3, мг/м3; C.24)
Н= (AMFD/BVCpL/*, м; C.25)
мг/с; C.26)
, мг/м3, C.27)
где А — коэффициент, зависящий от условий рассеивания в атмо-
сфере в зависимости от климатической зоны страны: А = 120 для
Центральной части России; А = 160 для Северной и Северо-Запад-
ной ее части; А = 200 для Сибири и Дальнего Востока; М — масса
выбрасываемых ежесекундно вредных веществ, г/с; п — безраз-
мерный коэффициент, зависящий от параметра VM, указывают^\'
го на опасную скорость ветра, определяемого скоростью выход3
газов в сечении на выходе трубы (<в0 = AVJnD1); H— высота вЫ\'
броса (высота трубы), м; F— безразмерный коэффициент, завися\'
щий от скорости оседания веществ в атмосферном воздухе: /*
для газообразных выбросов и мелкодисперсной пыли; F= 2 Пр
коэффициенте очистки л ^ 90 %; F= 2,5 при 75 % < г\\ й 90 \'°\'
F-Ъ при л < 75 %, К— коэффициент, зависящий от диаметр
трубы и объема выброса; К= D/%V; D — диаметр трубы, J
Vr — ежесекундный объем выбрасываемых газов, м3/с; С
182 .\'..... , .
сдельно допустимая концентрация загрязняющего вещества,
/М3; Сд ~ допустимая приземная концентрация вредных ве-
геств в приземном слое, определяемая как разность предельно до-
устимой и фоновой Сф концентраций, мг/м3.
В заключение отметим, что очистка выбросов представляет
„азновидность утилизации отходов, имеющую огромное значение
L# получения многих химических соединений, при постоянном
сТОщении природных полезных ископаемых, и поэтому разра-
ботка новых и совершенствование существующих способов пере-
работки выбросов никогда не потеряют актуальности.
§ 3.5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОГО УЩЕРБА
ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ
Под экономическим ущербом принято понимать потери или от-
рицательные изменения в биосфере, вызванные ее загрязнением и
выраженные в денежной форме. Экономический ущерб может
быть фактическим и возможным. Иногда оценивают предотвра-
щенный ущерб, равный разности возможного и фактического.
В общем виде экономический ущерб У от загрязнения атмо-
сферы рассчитывают по формуле
у-2> <3\'28>
гдеУ; — различные виды ущербов, в частности: причиняемый здо-
ровью людей (затраты на медицинские услуги); причиняемый
сельскому и лесному хозяйству (потери урожайности, животно-
водства, лесного хозяйства); причиняемый коммунальному хозяй-
ству (затраты на жилищные потери, бытовые услуги); причиняе-
мый промышленным объектам (потери сырья, топлива, помеще-
ний).
Рассмотрим конкретный пример расчета ущерба, причинен-
ного здоровью людей. Вначале оценим суммарные затраты, вы-
данные появившимися в результате ущерба характерными забо-
Леваниями:
У, = Зх + 32 + 33 + 34, C.29)
Ае 3j — затраты на лечение в стационаре; 32 — затраты на после-
\"ощее поликлиническое лечение; 33 — уменьшение националь-
°г° Дохода; 34 — оплата больничных листов.
183
В свою очередь:
где С\\ — затраты надень в стационаре (без учета медицинского об
служивания) iV, —число заболевших; Р,-— относительное числ
заболевших, нуждающихся в стационарном лечении (например
при ОРЗ Д = 0,15); /, —число дней нахождения в больнице\'
/ — количество заболеваний; С2 — оплата медицинского обслужи.!
вания.
а-/>/), аз1)
=(*с3 +с2
1=1
где Ъ — удельный вес заболеваний; С3 — стоимость одного вызова
на дом; С4 — стоимость лекарств.
Уменьшение национального дохода:
i A32)
1=1
где D — уменьшение национального дохода на одного работающе-
го за один рабочий день; /2; — общая продолжительность болезни.
И наконец оплата больничных листов:
где В — средняя оплата одного дня на бюллетене.
Поскольку для каждого вида заболевания свои данные по про-
должительности заболевания, свой удельный вес больных и т. Д..
а видов заболеваний для одного ущерба может быть несколько, то
вычисления ущерба могут быть достаточно громоздкими, но впол-
не выполнимыми при использовании компьютерной техники. °
ряде случаев для расчета ущерба пользуются «методикой конЦеН~
траций», использующей статистические данные, позволяют11
оценить экономический ущерб при определенном уровне загря3
нения, наносимый единице объекта, попадающего в зону загря3
нения.
. C.34)
у2Х*
184
г
. К— количество единиц основного расчетного объекта A чело-
\\ 1 га, 1 млн руб.); Ууд, — удельный ущерб, наносимый единице
гкта при уровне загрязнения /-м загрязняющим ве-
Удельные ущербы определяются для конкретных загрязняю-
^ веществ, конкретных климатических районов и сводятся в
специальные статистические таблицы. Недостатком «методики
оНцентраций» является отсутствие статистических данных для
оЯда загрязняющих веществ и невозможность четкого разграниче-
ния зон загрязнения по уровням загрязнения, то есть затруднения
в определении ущерба от одного конкретного предприятия, если
зоны загрязнения перекрываются.