§ 64. Экологические проблемы химических производств

Определения и обозначения

Экологическая проблема химического производства — неблагоприятное воздействие производственных процессов и их продуктов на окружающую среду и здоровье человека. Такая проблема возникает, если работа предприятия меняет состояние воздуха, воды или почвы либо создаёт риск для людей. Понятие помогает оценивать не только саму технологию, но и то, что происходит с её выбросами и отходами.

Загрязнитель окружающей среды — вещество или материал, поступление которого в воздух, воду или почву нарушает их естественное состояние. К загрязнителям могут относиться как химические вещества, так и пыль или твёрдые отходы. Это понятие нужно, чтобы выделять источники воздействия и выбирать способы контроля и очистки.

Предельно допустимая концентрация, или ПДК, — установленная нормативами максимальная концентрация вещества в окружающей среде, при которой его воздействие считается допустимым. Концентрация показывает, сколько вещества содержится в определённом объёме среды. ПДК используют для сравнения измеренных показателей с нормативом, но она не означает полного отсутствия загрязнения.

Безотходное производство — организация производства, при которой сырьё и побочные продукты используют максимально полно, а образование отходов и их воздействие на среду сокращают. Для этого побочные продукты могут возвращать в технологический процесс или направлять на переработку. Понятие помогает оценить, насколько разумно предприятие использует ресурсы и обращается с остатками производства.

Как это устроено

Загрязнения появляются на разных этапах: при добыче и подготовке сырья, химических реакциях, разделении продуктов и очистке оборудования. Это происходит потому, что сырьё не всегда полностью превращается в нужный продукт, а технологические операции сопровождаются потерями и побочными процессами. Поэтому состав выбросов, стоков и отходов зависит от исходных материалов, особенностей технологии и состояния оборудования.

Газообразные выбросы могут содержать пыль и вредные газы. Они попадают в атмосферу при проведении технологических процессов или с отходящими газами, если их не улавливают. Ветер переносит загрязнители на значительные расстояния, поэтому воздействие может затрагивать территории вдали от предприятия; оседая, вещества способны попадать в почву и воду.

Сточные воды загрязняются растворёнными веществами и взвесями — частицами, которые находятся в воде во взвешенном состоянии. Состав стоков определяется используемым сырьём и реакциями, а степень опасности — свойствами веществ и их концентрацией. Именно поэтому перед выбором очистки воду анализируют: разные загрязнители требуют разных способов обработки, а очищенную воду иногда можно использовать повторно.

Твёрдые отходы могут занимать большие площади, загрязнять почву и воду или выделять опасные вещества. Риск зависит от состава отходов и условий их хранения: осадки и остатки производства могут вымываться водой или разноситься ветром. Часть таких материалов можно переработать и вернуть в производство как сырьё, что уменьшает и объём отходов, и потребность в новых ресурсах.

Снизить вред помогают меры, направленные не только на очистку уже образовавшихся загрязнений, но и на предупреждение их появления. Замкнутые циклы воды и сырья позволяют многократно использовать ресурсы, а улавливание выбросов и очистка стоков сокращают поступление загрязнителей в природу. Контроль концентраций и соблюдения нормативов нужен, чтобы вовремя обнаруживать проблемы и проверять результативность мер.

Экологические воздействия химического производства и способы их снижения

Таблица помогает проследить путь от источника загрязнения к возможным последствиям и мерам защиты. Сначала определите, с каким потоком связано воздействие, затем сопоставьте его с возможными последствиями. Один и тот же способ не подходит для всех случаев: меры выбирают с учётом состава и свойств загрязнителя.

Разбор задач

Задача 1. В выбросе обнаружено 0,8 кг загрязняющего вещества. Определите его массу в граммах и объясните, почему по одной только массе нельзя установить, превышена ли ПДК.

1. Вспомним соотношение единиц: 1 кг = 1000 г.
2. Переведём массу: 0,8 кг · 1000 г/кг = 800 г.
3. ПДК задаёт концентрацию, а не общую массу. Чтобы найти концентрацию, нужно знать объём воздуха или другой среды, в котором распределено вещество.

Ответ: масса равна 800 г. По одной этой величине нельзя определить превышение ПДК: неизвестен объём среды и, следовательно, концентрация.

Задача 2. До очистки концентрация вещества в сточной воде составляла 120 мг/л, после очистки — 30 мг/л. Найдите, во сколько раз она уменьшилась и какова эффективность очистки.

1. Чтобы узнать, во сколько раз снизилась концентрация, разделим начальное значение на конечное: 120 / 30 = 4.
2. Для эффективности найдём, какая часть загрязнителя удалена: (120 − 30) / 120 · 100%.
3. Вычислим: 90 / 120 · 100% = 75%. Проверка: после очистки осталось 30 мг/л, то есть четверть от исходной концентрации, а удалено три четверти.

Ответ: концентрация уменьшилась в 4 раза, эффективность очистки составляет 75%.

Задача 3. Предприятие сбрасывает 500 м³ воды в сутки. Концентрация загрязнителя снизилась с 40 до 8 мг/л. Найдите массу вещества в суточном сбросе до и после модернизации и величину сокращения.

1. Сначала переведём объём: 1 м³ = 1000 л, значит, 500 м³ = 500 000 л.
2. До модернизации масса равна концентрации, умноженной на объём: 40 мг/л · 500 000 л = 20 000 000 мг = 20 кг.
3. После модернизации: 8 мг/л · 500 000 л = 4 000 000 мг = 4 кг.
4. Вычтем конечную массу из начальной: 20 − 4 = 16 кг. Доля сокращения составляет 16 / 20 · 100% = 80%.

Ответ: до модернизации поступало 20 кг загрязнителя в сутки, после — 4 кг; суточный сброс уменьшился на 16 кг, или на 80%.

Типичные ошибки

Считать, что соблюдение ПДК означает полное отсутствие загрязнения, — ошибка: норматив описывает допустимую концентрацию, а не нулевое содержание вещества. Так думают, потому что слово «допустимая» можно принять за «безвредная при любых условиях». Проверьте себя: если в среде есть вещество, его концентрация не равна нулю, даже когда она не превышает норматив.

Сравнивать массу выброса с ПДК нельзя без учёта объёма среды. Это происходит, когда путают массу вещества с его концентрацией. Перед сравнением проверьте единицы: ПДК выражают как количество вещества в единице объёма, поэтому сначала нужны и масса, и объём.

Полагать, что очистка полностью устраняет загрязнитель, неверно: результат зависит от технологии, а часть вещества может остаться в воде или перейти в отходы очистки. Ошибка возникает, если учитывать только очищенный сток и не следить за осадком. Проверка проста: выясните, какова остаточная концентрация и куда направляют отходы очистки.

Называть производство безотходным лишь потому, что отходы вывезли за территорию предприятия, недостаточно. При таком подходе не учитывают дальнейшее хранение и воздействие отходов. Чтобы проверить вывод, нужно узнать, перерабатывают ли их, безопасно ли хранят и используются ли побочные продукты повторно.

Связь с другими темами

Для оценки загрязнения пригодятся знания о составе воздуха и природных вод, растворах и концентрации. Также нужно уметь рассчитывать массу вещества по его концентрации и объёму. Тема связана с химическими реакциями, окислительно-восстановительными процессами и разделением смесей: эти знания объясняют образование загрязнителей и работу способов очистки выбросов и стоков. Экологический контроль и ресурсосбережение помогают перейти к изучению химической технологии, устойчивого развития и оценки воздействия производства на окружающую среду.

Что запомнить

• Химическое производство может воздействовать на воздух, воду и почву.
• Основные потоки загрязнений — выбросы, сточные воды и твёрдые отходы.
• Опасность зависит не только от массы вещества, но и от его концентрации и свойств.
• ПДК — норматив концентрации вещества в определённой среде.
• Очистка снижает загрязнение, но может создавать отходы, требующие дальнейшего обращения.
• Предупреждать образование отходов обычно важнее, чем устранять последствия загрязнения.
• Ресурсосбережение, повторное использование и контроль помогают уменьшить воздействие производства.