Мягченко О.П. Основи екології

Подождите немного. Документ загружается.

Розділ 2. Прикладні аспекти екології

Рис. 15. Метеорологічний потенціал в Україні

Для штучного, примусового очищення повітря розроблено ба-

гато пристроїв, які працюють на основі законів фізики, хімії, і тому

виділяють фізичні, хімічні методи очищення повітряних викидів.

Питання

1. За якими етапами проводять розрахунок забруднення

повiтря?

2. Як необхідно розташовувати підприємства та житло?

3. Що таке метеорологічний потенціал, його значення?

4. Як визначити метеорологічний потенціал?

5. Для яких територій України метеопотенціал найкращий,

чому?

Основи екології

2.8.1.2. Інженерно-технічні методи очищення повітряних викидів

Фізичні методи – механічні, електричні, хімічні – за рахунок

взаємодії газоподібних речовин з іншими з утворенням менш шкід-

ливих сполук, фізико-хімічні, наприклад каталітичні, абсорбційні,

адсорбційні та біологічні – за допомогою рослинності, мікроорга-

нізмів. Наприклад одне доросле дерево липи за добу знешкоджує

десятки кілограмів оксиду сірки, ґрунтові мікроорганізми при тем-

пературі 15–35

Цельсія на одному квадратному метрі акумулюють

за добу до 80 г оксидів вуглецю.

З фізичних методів найчастіше використовують гравітаційні

пилоочисні камери, в яких тверді частинки (пил ) осідають під дією

сили тяжіння при зниженні швидкості потоку повітря. Такі при-

строї дешеві, але коефіцієнт корисної дії (ККД) не більше 50% і їх

використовують для попереднього очищення.

Інерційні сепаратори – пристрої, що працюють на принципі різ-

кої зміни напряму руху та швидкості газового потоку, і пил при цьому

осідає. Продуктивність може складати від 40 до 600 куб. м за годину.

Циклонні сепаратори працюють на принципі виникнення від-

центрового прискорення, яке відштовхує пилинки до внутрішньої

поверхні стінки і вони осідають. Найчастіше використовують такі

різновиди цього типу пилоуловлювачів: горизонтальні, в яких газу

надають вихороподібний круговий рух; вертикальні у вигляді тру-

би, в яку потік подають обертовим рухом знизу, пил осідає, а очище-

ний газ відводиться вгору; ротаційні, які є різновидом циклонного

сепаратора, в якому газовий потік рухається спіралеподібно вверх, а

тверді частинки скупчуються в його центрі і спадають вниз під дією

сили тяжіння.

Апарати мокрої очистки, або скруббери, працюють на принци-

пі промивання газового потоку розчинником, найчастіше водою.

Це можуть бути водяні завіси, які використовують при фарбуванні

для вловлювання пиловидних частинок фарби, для поглинання тих

газів, які можуть розчинятися у воді або взаємодіяти з нею. Недо-

ліком може бути втрата води та закупорювання водяних отворів

пристрою. Вирізняють барботажні, пінні пристрої, продуктивність

яких від 2 до 45 тис. куб. м. газу за годину, ККД – до 99%. Крім цього

ефективно працюють ударно-інерційні пристрої, ротоклони та сруб-

бери ударної дії. Їх продуктивність від 2,5 тис. до 100 куб. м газу за

годину при ККД до 98%.

Розділ 2. Прикладні аспекти екології

Електростатичні методи очистки засновані на пропусканні за-

пиленого газу через систему електродів з напругою до 50 тис. вольт,

на які налипає пил, наприклад мучний, цукровий, які утворюють по-

жежовибухову небезпеку. Такі пристрої дорожчі за інші, але вигода

в низьких експлуатаційних видатках. Споживання електроенергії

від 300 до 600 ват на 10 тис. м

газу.

Механічні пористі фільтри працюють за принципом домашньо-

го пилососа, забезпечують високу якість очистки. Недоліки – висо-

ка вартість експлуатації, часта заміна фільтрів.

Абсорбційний метод базується на здатності рідини (вода) по-

глинати газ без утворення іншої речовини, тобто газ тільки розчи-

няється, наприклад хлористий водень, аміак. Цей метод передбачає

десорбцію – регенерацію газу з розчину для його подальшого ви-

користання.

Хемосорбція – базується на поглинанні газів рідинними (водні

розчини лугів, кислот) або твердими поверхнями з утворенням но-

вих хімічних сполук. Наприклад 3%-й розчин їдкого натрію ефек-

тивно поглинає хлористий водень, оксиди азоту, сірки. У природ-

ному середовищі хемосорбція активно проявляється над морською

поверхнею, яка має лужне середовище і має здатність активно по-

глинати гази кислотного характеру.

Адсорбційний метод поглинання заснований на здатності деяких

твердих речовин (активоване вугілля, полімерні іонообмінні смоли)

поглинати газ поверхнею без зміни його хімічного складу.

Хімічні методи базуються на здатності речовини, що міститься в

газовому потоці, вступати в хімічні реакції з іншими речовинами –

кислотами, лугами, киснем (спалювання – термічний метод). Часто

ці методи використовують з іншими в комплексі і досягають ККД

до 99%.

Фізико-хімічні методи, або каталітичні, базуються на здатнос-

ті деяких речовин прискорювати хімічні реакції, наприклад оксиди

марганцю, міді, хрому, ванадію, алюмінію, заліза або металів – пла-

тина, паладій, срібло. Їх використовують для очищення газів від

чадного газу, вуглеводнів у термічному методі.

Метод є ефективним для зменшення шкідливості газових ви-

кидів не тільки промислового походження, а й автомототранспор-

ту, який дає майже 60% від загальних викидів. Так, при згорянні в

двигуні автомобіля однієї тонни бензину утворюється близько 40 кг

чадного газу, 35 кг вуглеводнів (незгорілий бензин), 20 кг оксидів

Основи екології

азоту, близько 2 кг оксидів сірки, 1 кг альдегідів та 0,1-0,2 кг сполук

свинцю. При несправності двигуна кількість шкідливих речовин

збільшується на 20–50 %. Отже, виходячи з високої температури

вихлопних автомобільних газів, до них можна застосувати хімічні,

каталітичні методи, щоб зменшити їх концентрацію, а отже, токсич-

ність. Для цього треба застосовувати спеціальні пристрої у вихлоп-

ній трубі.

Таким чином, існують ефективні методи для очищення газових

викидів, зменшення їх токсичності, які треба обов’язково застосову-

вати в промисловості, на автомобільному транспорті.

Питання

1. Порівняйте ефективність різних методів очистки газових

викидів.

2. В чому небезпечність автомобільних викидів і як зменшити

їх токсичність?

3. Які методи треба застосувати для очистки повітря від

пилу?

4. Яким найефективнішим методом можна знешкодити вугле-

водні?

5. Що таке хімічні методи, коли їх раціональніше застосову-

вати?

2.8.2. Екологія літосфери, її проблеми

Літосфера (гр. літос – камінь, твердь) – верхня тверда оболонка

планети, до складу якої входять земна кора і верхня частина мантії –

розплавлена речовина планети. Товщина літосфери коливається від

0,5–1 км під дном океану, до 50–90 км на суші континентів. Поверхня

літосфери – рельєф.

Частиною літосфери є надра, де містяться мінерали – геологіч-

ні утворення з близькими хімічними, фізичними властивостями,

кристалічними гратками. Сукупності мінералів утворюють гірські

породи, які використовують в народному господарстві, – гірничодо-

бувний комплекс, металургія, будівництво. Надра – частина земної

кори, яка розташована під поверхнею суші або дном водойм – моря,

океану і сягає до глибин, які доступні для геологічного вивчення і

освоєння. Через підземні виробки у верхніх шарах земної кори утво-

рилися штучні пустоти. Через це з’явилися додаткові напруги в ній

і збільшилася тектонічна активність Землі – почастішали земле-

Розділ 2. Прикладні аспекти екології

труси, зсуви в гірничодобувних регіонах, навіть у містах при непра-

вильній забудові. Дослідженнями встановлено, що до півночі Італії,

Греції, через Балкани, південь України, Кавказу, через Каспійське

море, Середню Азію з розгалуженням на північ Росії (Тюменський

нафто-, газодобувний край) і на Південно-Східну Азію (Японія, Ки-

тай, Індонезія) можливі сейсмічні явища великої сили, наприклад у

1999 р. в Туреччині (загинуло 15 тис. людей), на Тайвані – близько

10 тис., пошкоджено два великих міста. Зони найбільш вірогідних

землетрусів представлені на рис. 16.

Рис. 16. Зони найбільш вірогідних землетрусів

Корисні копалини – природні мінеральні утворення, що вико-

ристовуються в народному господарстві. За промисловим викорис-

танням їх ділять на 4 основні групи: металеві, неметалеві, пальні,

гідро- та газомінеральні, а також і підземні води, ропа, лікувальні

пелоїди (грязі). З надр планети тільки за останні 20 років добуто

40% вугілля (74 млрд т), 55% заліза (18 млрд т), 70% нафти (58 млрд

т), 80% природного газу (30 трлн куб. м). Людство, неприборкане

у своїй експансії, щорічно збільшує видобуток корисних копалин,

виснажуючи те, що в біосфері накопичувалося протягом мільйонів

років.

Основи екології

За швидкістю їх вичерпання виділяють абсолютно вичерпні

(руди, вугілля, нафта, природний газ), умовно невичерпні (енергія

Сонця, вітру, земного тепла) та відновлювані – кисень, вода, росли-

ни, тварини, люди. Але вже тепер суспільство створило такі умови,

з-за яких остання група ресурсів поступово втрачає вказану здат-

ність.

Останнім часом окремо виділяють техногенні родовища. Це міс-

ця скупчення великих кількостей промислових відходів – результа-

ти видобутку, збагачення і переробки мінеральної сировини, запаси

яких оцінені і можуть мати промислове значення.

Через нераціональне використання літосфери суспільством

сформувалися її екологічні проблеми. Цьому сприяє видобуток із

надр планети величезних мас корисних копалин – понад 600 млрд т

за рік, які не завжди раціонально використовуються.

Корисні копалини – це сировина для енергетики (35%), для ме-

талургійної (35%) і хімічної (30%) промисловості. На кожну люди-

ну в середньому їх припадає по 100 т, але близько 90% від добутої

кількості через недосконалі технології видобутку і переробки в різ-

номанітних галузях промисловості губиться, розпорошується в біо-

сфері, отруюючи її.

Тому великою проблемою сучасної видобувної та переробної

галузей промисловості є поліпшення технології виробництва, під-

вищення ефективності використання сировини і продукції з неї,

впровадження ресурсозберігаючих технологій. Тільки такі заходи

можуть віддалити швидке наближення термінів повного виснажен-

ня наземних покладів корисних копалин.

Для багатьох регіонів вже характерні екстремальні відхилення в

погоді – бурі, торнадо, цунамі, повені, посухи, активізація вулканіч-

ної діяльності, дисбаланс атмосферних процесів. Прикладом може

бути Західна Європа, де напередодні 2000 р. відбувся ураган з ін-

тенсивними опадами, внаслідок чого загинуло на території Іспанії,

Франції, Італії більше як 100 людей. Урагану такої сили тут ніколи

не було, бо швидкість вітру сягала до 220 км за годину.

Через надмірне використання органічних видів палива пору-

шився вуглецевий баланс біосфери, одного з основних у біосфері,

що теж сприяє біосферним катаклізмам.

Через це рівновага між синтезом і витратою органічних речовин

на суші розбалансована. Поки люди брали з біосфери не більш 1%

запасів органічних речовин – деревини, вугілля, нафти, газу, вона

Розділ 2. Прикладні аспекти екології

зберігала стаціонарність. Тепер біосфера перейшла в кризовий, не

рівноважний стан. Підрахунки показують: розвіданих запасів вугіл-

ля вистачить на 600 років, нафти – на 90, природного газу – на 50,

урану – на 60 років. Ці дані свідчать про обмеженість розвіданих

запасів корисних копалин, без яких робота сучасної промисловості

неможлива. В результаті сформувалася мінерально-сировинна кри-

за. Хоча не виключена можливість, що можуть бути виявлені нові

поклади.

Питання

1. Що таке літосфера, яка її будова?

2. Які причини землетрусів?

3. Що таке родовища, корисні копалини, як їх класифікують?

4. Які перспективи використання корисних копалин?

2.8.2.1. Земельні ресурси України та їх стан

Через нераціональне використання ґрунтів, ведення сільського госпо-

дарства, порушення законів біосфери повсюдно зростає деградація гумусу,

посилюються всі види ерозії (лат. еродере – руйнувати, розїдати) – вітрова,

водна, хімічна, засолення після зрошування, хімічне забруднення. Ці про-

цеси зменшують стійкість ґрунтів, що показано на карті (рис. 17).

Рис. 17. Стійкість ґрунтів

Основи екології

Стійкість ґрунтів (С) залежить від суми активних темпера-

тур, яка постійно зростає з-за потепління, від крутизни схилів, їх

кам’янистості та механічного складу, вмісту гумусу, водного режи-

му території, реакції рН, залісеності, ємності ґрунту до іонів, роз-

ораності – господарської освоєності. Ранжування в балах (Б) суми

кожного i-го показника цих характеристик за їх максимальною

інтенсивністю (І) дозволяє оцінити стійкість ґрунту за формулою

(Кочуров Б.І., 1983 р.): С=100ΣБ/I.

В Україні, при загальній площі 603,8 тис. кв. км, сільгоспугіддя

складають 35 млн га і нараховується 650 типів ґрунтів із 1000, відо-

мих в усьому світі. За запасами чорноземних ґрунтів Україна посі-

дає перше місце у світі, друге – Бразилія, третє – Росія. Для сучас-

ного стану грунтів України максимальна інтенсивність (І) стійкості

грунтів складає 53 бали.

Для більшої частини ґрунтів півдня України, крім західного

Приазов’я та східного Причорномор’я, характерна висока стійкість,

на відміну від Карпат та північних областей.

Через нераціональне використання ґрунтів зменшується кон-

центрація гумусу. Накопичується він дуже повільно, про що свід-

чать дані табл. 10.

Таблиця 10

Середня швидкість формування гумусного горизонту

Групи ґрунтів

Швидкість,

мм\рік

Гірсько-лукові, гірсько-лісо-лукові 0,80–1, 00

Торф’яно–глійові, болотно-підзолисті 0, 50–0,80

Дерново–карбонатні, підзолені 0,45-0,50

Чорноземи підзолисті 0,40–0,45

Сірі лесові, чорноземи звичайні 0,35-0,40

Чорноземи південні, темно-каштанові 0,20–0,30

Підзолисті та типово підзолисті 0,10-0,20

Солонці, світло–каштанові Менше-0,10

Середня швидкість накопичення гумусу складає 2500–3000 ро-

ків, сірі та бурі лісові ґрунти – за 800–1000 років, підзолисті – при-

близно за 1500 років. Швидкість його утворення залежить і від типу

материнської породи – на гранітах у вологому тропічному кліматі

Розділ 2. Прикладні аспекти екології

вона складає близько 20000 років. Гумус – складна органічна речо-

вина (гумінові кислоти), основа родючості грунту.

Ця речовина, як і будь-яка органічна сполука, руйнується вог-

нем. Тому підпали стерні, трави, кущів руйнують гумус, що при-

зводить до зменшення урожайності як сільськогосподарських, так і

дикоростучих рослин. У процесі пожежі гине корисна фауна – гео-

біонти, які сприяють утворенню гумусу.

Грунт є межею між атмосферою та біосферною частиною літос-

фери і утворює особливу екосистему, яка забезпечує кругообіг речо-

вин у біосфері, виконує буферні властивості, акумулюючи шкідливі

речовини. За ступенем забруднення ґрунти поділені на три кла-

си – сильно забруднені, середньо забруднені та слабко забруднені

(табл.11).

Таблиця 11

Показники та класи небезпеки речовин у ґрунті

Показники

Характеристичні норми

Перший клас Другий клас Третій клас

Токсичність, ЛД

До 200 200-1000 Понад 1000

Збереження в грунті, міс. Понад 12 6-12 Менше 6

ГДК ШР, мг/кг Менше 0,2 0,2-0,5 Понад 0,5

Збереження в рослинах, міс. Більше 5 1-3 Менше 1-го

Вплив на якість с/г продукції Великий Помірний Відсутній

За ступенем стійкості ґрунту до хімічних забруднень виділено

три групи ґрунтів: дуже стійкі, середньостійкі, малостійкі. Це за-

лежить від часових характеристик: короткотермінових – від 2 до 5

років, довготермінових – від 5 до 10 років. Важливими характерис-

тиками ґрунтів є час самоочищення, тривалість якого від декількох

днів до кількох років, та процес самовідновлення, який може тривати

сотні років. Важливим є нормування шкідливих речовин, зокрема

сполук важких металів в ґрунті, гранично допустима концентрація

(ГДК) яких наведена в табл. 12.

100

Основи екології

Таблиця 12

Значення ГДК шкідливих речовин в ґрунті

Назва речовини ГДК, мг/кг

Ванадій 150

Кобальт (розчинні форми) 5,0

Марганець 300-700

Мідь (розчинні форми) 3,0

Миш’як 20

Нікель 4,0

Свинець (розчинні форми) 6,0

Свинець (нерозчинні форми) 32

Хром 6,0

Цинк 23

Нітрати 130

Сірководень 0,4

Суперфосфат 200

Фториди (розчинні форми) 10

Азотно-калійні добрива 120

Поверхнево-активні речовини 0,2

Найбільш небезпечними забруднювачами є поліциклічні аро-

матичні вуглеводні (ПАВ), які поступово під дією кисню повітря

перетворюються в ще більш небезпечні речовини надканцерогенної

дії – диоксини. Джерелом ПАВ є викиди промисловості та автомо-

тотранспорту, які фіксуються уздовж автомобільних трас на віддалі

до 5 км від них. Саме з-за цього не можна розташовувати городи,

лани, випасати худобу на таких територіях.

Важливою проблемою збереження ґрунтів є лісистість. Дуже

низький коефіцієнт лісистості в Запорізькій області – всього 4,2 %

від загальної площі, а повинен складати не менше 7,4 %. Через це від-

бувається постійне зменшення вологоємності ґрунтів, посилюється

їхня ерозія. Площа таких земель за останні 30 років збільшилася на

25 %. Зростає рівень хімічного забруднення, отруєння ґрунтів, а зна-

чить, рослин, тварин, людей сполуками важких металів, пестицида-

ми.

Зменшенню антропогенного пресингу сприяє Земельний кодекс

України. Він встановлює відповідальність, навіть карну, за забруд-

нення землі, вимагає відновлення родючості виснаженої землі, яка