Защита окружающей природной среды от теплового и акустического загрязнений

 

Тепловое загрязнение окружающей среды связано в основном с работой теплоэнергетических агрегатов и теплообменных технологических установок. К первым из них относятся оборудование тепловых электрических станций, различные тепловые двигатели, включая двигатели транспортных средств. В этих агрегатах происходит преобразование тепла в механическую или электрическую энергию. Ко вторым относятся разнообразные установки для нагрева, сушки, плавления, выпарки, спекания различных материалов в процессе их технологической переработки. Сюда же можно отнести и устройства для отопления жилых и других объектов. В этих установках тепло затрачивается на изменение физико-химических свойств веществ и материалов или их агрегатного состояния.

Различают три масштабных уровня воздействий тепловых загрязнителей на ОПС:

* низший –	локальные воздействия отдельных энергетических объектов;
* средний –	региональные (зональные) воздействия совокупности (группы) энергетических объектов, взаимодействующих между собой;
* высший –	глобальные воздействия.

К низшему уровню относят выбросы тепла в атмосферу, которые достаточно быстро рассеиваются на большие пространства и не могут оказать существенного влияния на экологическую обстановку прилегающих к источнику территорий.

В настоящее время выбросы тепла в атмосферу не регламентируются нормативными документами. Также отсутствуют нормы для морей, океанов и литосферы.

Можно лишь отметить, что разнообразные изменения ландшафта (сооружения, вырубка лесов, асфальтирование дорог и другие изменения поверхности) оказывают влияние на тепловой режим литосферы.

Локальные вредные воздействия теплового загрязнения на водные экосистемы таковы:

- повышение температуры воды часто усиливает восприимчивость организмов к токсическим веществам, которые присутствуют в загрязненной воде;

- температура может превысить критические значения для жизненно важных стадий и циклов водных организмов;

- высокая температура способствует видоизменеию обычной флоры водорослей на менее желательную – сине-зеленные водоросли;

- при повышении температуры воды животным нужно больше кислорода, так как в теплой воде его содержание понижается в связи с меньшей растворимостью.

Установлены нормы только для рек и водоемов. В "Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами" установлено, что летняя температура воды в водоеме (водостоке) в результате спуска в него сточных вод не должна повышаться более чем на 3 °С по сравнению со среднемесячной температурой воды самого жаркого месяца за последние 10 лет.

Среди всех форм воздействия человека на климат особое место занимает урбанизация и сопутствующие ей тепловые загрязнения. Строительство городов с использованием железобетонных конструкций способствует концентрации источников тепловых выбросов, а также образованию микроклимата, существенно влияющего на ОПС.

Город, возведенный в сельской местности, полностью меняет состояние земной поверхности – влажный растительный ковер, отличающийся слабой теплопроводностью, сменяется непроницаемым слоем дорожных покрытий с большой поглощающей способностью и теплопроводностью. Тепловые выбросы, поглощаемые днем стенами и асфальтом, возвращаются в атмосферу ночью.

Перегрев атмосферы увеличивает местную конвекцию и облачность. Грозы и ливни обрушиваются на города чаще, чем на сельские местности (в среднем на 10 %). Восходящие потоки теплого воздуха вызывают движение воздушных масс от периферии к центру. Городские сооружения снижают скорость ветра, ухудшая циркуляцию воздуха и удаление избыточного тепла, особенно в летнее время.

Неблагоприятные климатические условия, обусловленные тепловыми и другими энергетическими загрязнителями, оказывают негативное влияние на здоровье людей. К заболеваниям, связанным с климатическими условиями, относят заболевания сердечно-сосудистой, дыхательной и центральной нервной систем.

К глобальному воздействию теплового загрязнения атмосферы относят постоянное возрастание объёмов сжигаемого органического топлива, которое вызывает возрастание концентрации СО₂ в атмосферном воздухе. В 1860 г. его содержание составляло 0,027 %; в начале XX века – 0,029 %, на сегодняшний день – 0,034 %. Прогнозы показывают, что к середине XXI века его содержание увеличится вдвое. Это приведет к резкому усилению парникового (оранжерейного, тепличного) эффекта. По прогнозам специалистов к этому времени средняя температура на планете повысится на 2…4 °С. В средних широтах это увеличение может достичь Dt @ 10…15 °С, а в Арктике Dt @ 15…20 °С.

В Харькове средняя температура января, составляющая –10 °С будет достигать ±0…+5 °С, а июля при + 23 °С сейчас – повысится до +33…+38 °С. При этом осадков будет выпадать только 100…200 мл в год, к тому же дожди будут преимущественно кислотными.

Существует еще две весьма опасные для человечества проблемы: потепления в Арктике и Антарктике, что приведет к быстрому таянию ледников. Если их объём уменьшится на 50 %, то уровень мирового океана поднимется на 25…35 м. Много прибрежных городов и поселков будут затоплены водой.

Перестройка климата будет сопровождаться изменением погодных условий, которые невозможно даже представить. Начиная с конца 60-х годов регистрируются все новые и новые климатические рекорды.

Изменяются сроки и характеры развития центров циклонов и антициклонов.

Настоящей экологической катастрофой стала засуха в Африке: пустыня наступает на саванну со скоростью 50 км в год, вместо 1 км в прошлом.

 

2.5.1. Мероприятия по снижению теплового загрязнения окружающей природной среды

Проблема снижения интенсивности теплового загрязнения окружающей среды тесно связана с проблемой повышения эффективности и экономичности теплообменного и теплоэнергетического оборудования. По существу это одна проблема, решение которой имеет своей целью снижение расхода топлива и более полное использование теплоты его сжигания. Потери тепла в ОПС тем меньше, чем выше доля полезно используемого тепла.

Основными мероприятиями по снижению теплового загрязнения на ОПС являются:

1) глубокое охлаждение продуктов сгорания (уходящих газов) за счёт конструктивных и технологических мер в теплоэнергетических установках – уменьшение термического сопротивления стенок труб теплообменников, теплоносителей и др.;

2) снижение температур охлаждающих поверхностей за счёт применения материалов с высокими теплоизолирующими свойствами (парогенераторы, паропроводы, турбины, конденсаторы и др.);

3) повышение КПД теплоэнергетических установок благодаря повышению параметров пара, подаваемого в турбину, и снижения параметров отработанного пара;

4) утилизация тепла за счёт применения теплофикации, т.е. комбинированной выработки на ТЭЦ электроэнергии и низкотемпературного тепла, используемого для бытовых и технологических нужд.

 

2.5.2. Борьба с акустическим загрязнением

Проблема акустического загрязнения биосферы имеет два аспекта: шум в городах и шум в местах обитания диких животных. Шумовое загрязнение городов имеет превалирующее значение и обусловлено работой разнообразных источников, основными из которых являются транспортные средства. Некоторые относят к акустическому загрязнению и вибрацию. Однако этот вид энергии затухает в нескольких метрах от источника и не оказывает существенного влияния на ОПС.

Под шумом подразумевают беспорядочное сочетание различных по частоте и интенсивности звуковых колебаний в пределах частот от 20 до 20000 Гц. Более удобен на практике параметр "уровень звука" в децибелах по шкале А шумомера (дБА), который упрощает анализ шума.

Шумы классифицируют по нескольким признакам: по происхождению (механические, аэродинамические); по частотным характеристикам (широкополосные, тональные); по временным характеристикам (постоянные, прерывистые, импульсные).

Разработаны и осуществлены мероприятия по предупреждению, снижению и устранению вредного воздействия на атмосферу звуковых колебаний, включая шумы. Введены в действие санитарно-гигиенические нормы шума для производственных и служебных помещений, жилых и общественных зданий и городских территорий. Подобные нормы имеются и в зарубежных странах. Например, допустимые уровни звука в дБА для больниц и санаториев – 25 дБА; детских садов, квартир – 30 дБА; аудиторий школ, читальных залов – 40 дБА; спортивных залов, залов вокзалов и аэропортов – 60 дБА.

Вопросы, связанные с проблемой шума в городах, решаются по двум направлениям:

- изучение и гигиеническое обоснование научных аспектов по борьбе с шумом от различных источников;

- исследование влияния ОПС на состояние здоровья населения.

Результатом выполнения 1-го этапа работы является разработка нормативных документов и рекомендаций по защите селитебных территорий от шума.

При рассмотрении генпланов и проектов планирования городских территорий санитарными органами предъявляются требования по разработке шумозащитных мероприятий, составляются шумовые карты городов.

К мероприятиям по защите ОПС от акустического загрязнения относят: улучшение качества уличных покрытий, трамвайных путей, транспортных средств, технологического оборудования и механизированного инструмента; значительное сокращение (вплоть до полного запрещения) во дворах, на улицах и площадях ночных работ, шум от которых превышает санитарные нормы и т.п.

Наиболее рациональная мера в борьбе с транспортными шумами – усовершенствование двигателей и ходовых частей машин.

Для защиты населения от шума воздушного транспорта наиболее эффективными мерами являются: строительство аэропортов вдали от городов, внедрение на самолетах менее шумных двухконтурных турбореактивных двигателей, применение на аэродромах наземных глушителей, ограничение ночных полетов. Отлично защищают от звуковых волн транспорта правильно расположенные зеленые насаждения. Они способны снизить шум на 5…10 дБА.

Исходя из нормативно допустимого (55 дБА в ночное и 65 дБА в дневное время) уровня шумового загрязнения осуществляют защиту от шума жилых микрорайонов и объектов. Для этого используют естественные элементы и специально создаваемые шумозащитные сооружения и устройства. Шумозащитные полосы зеленых насаждений шириной 30 м снижают уровень шума на 8…10 дБА.

Наиболее эффективное средство защиты от транспортного шума – протяженный шумозащитный дом-экран с односторонней ориентацией жилых помещений, снижающий шум до 25 дБА на расположенной за ним территории микрорайона.

Городские шумы во многом зависят от всего комплекса архитектурно-планировочных решений. Определенный эффект в защите от наиболее раздражающих высокочастотных звуков можно получить при расположении домов торцами к магистралям, экранировании жилых зданий магазинами. Этот приём планировки позволяет обеспечить жителям своеобразный акустический комфорт.

Борьба с шумом наиболее сложна в старых районах. Здесь возможны следующие мероприятия по борьбе с шумом:

- уменьшение интенсивности движения транспорта за счёт улицы "дублера" или транспортных туннелей;

- запрещение ночного движения грузовых машин;

- замена на железнодорожных узлах звуковых сигналов световыми;

- ограждение открытых трасс метрополитена и железных дорог железобетонными барьерами-стенками, выполняющими роль и шумозащитных;

- использование естественных стенок и оврагов, экранирующих устройств;

- использование принципа деления городов на функциональные зоны – "районы-спальни" без мощных источников шума обеспечивают жителям необходимый акустический комфорт.

 

2.6. Методы утилизации и санитарного обезвреживания твёрдых бытовых и промышленных отходов

 

Переработка и обезвреживание твёрдых бытовых и промышленных от­ходов, в том числе утилизация осадков, скопов, шламов очистных сооружений, – одна из самых сложных и трудноразрешимых задач. Большинство мало- и крупнотоннажных отходов пока не находят применения, и поэтому предприятия вынуждены избавляться от них тем или иным способом. Кроме того, современный уровень техники пока не позволяет полностью утилизировать все образующиеся отходы промышленных производств, многие из которых исключительно токсичны. Поэтому даже их захоронение представляет

а

б

в

 

Рисунок 2.4 – Шумозащитные сооружения и устройства:

а – шумозащитная стенка и озелененная полоса;

б – постройки и сооружения вдоль магистрали;

в – выемка, выполняющая шумозащитную функцию.

 

собой серьезную проблему, суть которой состоит в полном исключении возможности проникновения токсичных газов в атмосферный воздух, а фильтратов – в природные воды.

В настоящее время наибольшее распространение получили следующие технологии обезвреживания и переработки твёрдых промышленных и бытовых отходов:

складирование на полигонах; пиролиз;

сжигание; компостирование.

Утилизация отдельных составляющих отходов проводится либо путем раздельного сбора их утильных компонентов, либо механизирован­ными способами выделения из общей массы.

 

2.6.1. Складирование на полигонах твёрдых бытовых и промышленных отходов

Простейшими и наиболее распространенными в Украине и в странах СНГ сооружениями по складированию твёрдых бытовых отходов (ТБО) являются полигоны. Отходы складируют в грунт с соблюдением условий, обеспечивающих защиту от загрязнения почвы, поверхностных и грунтовых вод и препятствующих распространению болезнетворных организмов. Схема полигона в выработанном карьере и схематический разрез полигона ТБО приведены на рис. 2.5 и 2.6.

 

 

Рисунок 2.5 – Схема полигона ТБО в выработанном карьере:

1 – кавальер грунта; 2 – промежуточная изоляция; 3 – слой уплотненных твёрдых бытовых отходов; 4 – мусоровоз; 5 – бульдозер; 6 – пандус (съезд); 7 – бровка карьера

 

 

Рисунок 2.6 – Схематический разрез полигона твёрдых бытовых отходов:

1 – наружная изоляция; 2 – промежуточная изоляция; 3 – слой уплотненных твёрдых бытовых отходов; 4 – водоупорное основание; Ш – ширина полигона; УГВ – уровень грунтовых вод; H, h – высота полигона и снижение высоты

 

Наблюдение за состоянием полигона продолжают и после его заполнения, и после окончания эксплуатации для принятия мер в случае возникновения нештатной ситуации, например просадки, просачивания фильтрата в грунтовые воды, загрязнения воздушного бассейна.

Однако складирование твёрдых бытовых и промышленных отходов на полигонах является вынужденной мерой, так как это наносит ущерб окружающей природной среде и требует отчуждения больших территорий.

Полигоны для ТБО размещаются за пределами городов и других населенных пунктов в оврагах, отработанных глинянных карьерах, на свободных от ценных пород деревьев участках в лесных массивах. Размер санитарно-защитной зоны от жилой застройки до границ полигона составляет 500 м. В ней запрещается размещение колодцев для питьевых целей. Площадь участка, отводимого под полигон, выбирается исходя из условий его эксплуатации. Наиболее экономичны участки, приближенные к форме квадрата, так как они допускают максимальную высоту складирования твёрдых бытовых отходов. Расчётный срок эксплуатации полигона – не менее 15 лет.

 

2.6.2. Компостирование твёрдых бытовых отходов

Компостирование является процессом, который в максимальной мере соответствует природному круговороту. Это обусловлено тем, что органические вещества при переработке в удобрения (компост) не разрушаются, как при термических методах, а происходит естественный путь разложения при последующей ассимиляции в процессе роста растений.

Компостирование – сложный аэробный биологический процесс, соп­ровождающийся интенсивным выделением тепла, в котором можно выделить две фазы: получение биотоплива (при этом снижение содержания органического вещества составляет 5…8 % по весу) и получение компоста (снижение содержания органического вещества достигает 20 % по весу).

Компостирование в полевых условиях является наиболее простым способом обезвреживания и переработки твёрдых бытовых отходов. Если на полигонах обезвреживание протекает очень медленно (50…100 лет), то при полевом компостировании процесс идет значительно быстрее (4…18 месяцев). Суть технологии состоит в том, что ТБО складируются на полях в штабеля, расположенные параллельными рядами с проездом между ними 3 м. Для предотвращения выплода мух, устранения запахов и уменьшения теплообмена между штабелями и воздушной средой их покрывают слоем земли высотой 15…20 см (принципиальная схема полевого компостирования приведена на рис. 2.7).

2.6.3. Пиролиз твёрдых отходов

Пиролизом называется термическая переработка твёрдых отходов путем нагревания без доступа воздуха до температуры 500…600 °С (низкотемпературный пиролиз) и выше – до 1000 °С (высокотемпературный пиролиз).

Низкотемпературный пиролиз характеризуется минимальным выходом газа, максимальным количеством смол, масел и твёрдых остатков. Высокотемпературный – обеспечивает интенсивное преобразование исходного продукта. Происходит более полный выход летучих продуктов, сокращается

 

Рисунок 2.7 – Принципиальная схема полевого компостирования ТБО:

1 – штабеля ТБО; 2 – аэраторы; 3 – грейферный кран; 4 – бункер для компоста; 5 – электромагнитный сепаратор; 6 – цилиндрический грохот; 7 – дробилка для компоста

 

объём и количество остатка после окончания процесса.

 

2.6.4. Сжигание твёрдых отходов

При сжигании твёрдых отходов решаются две задачи: обезвреживание и резкое снижение объёма твёрдых отходов и получение тепловой энергии в виде пара. В мировой практике созданы и эксплуатируются различные типы му­соросжигательных заводов. Обычно процесс горения ведут при температуре дымовых газов на выходе из топочной камеры t = 900…1000 °С; при более низких температурах не разрушаются дурно пахнущие газообразные соединения, полиароматические углеводороды и диоксины. При соблюдении режима сжигания в шлаке отсутствуют токсичные компоненты и он может использоваться для производства стройматериалов (после извлечения из него металла). Объём шлака и золы не превышает 30 % объёма твёрдых отходов, что упрощает проблему их захоронения. Однако мусоросжигательные заводы выбрасывают в атмосферу значительные объёмы газов, которые необходимо очищать.