Прикладная экология (Часть Промышленная экология)
1 чел. помогло. скачать
Экологический факультет Кафедра химической и техногенной экологии ПРИКЛАДНАЯ ЭКОЛОГИЯ (ЧАСТЬ 1. ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ) УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС по дисциплине «Прикладная экология (часть 1. Промышленная экология)» федерального компонента цикла ДН ГОС ВПО второго поколения по направлению подготовки 020800 «Экология и природопользование», федерального компонента ОПД ГОС ВПО второго поколения по специальности 020801 «Экология», федерального компонента ОПД ГОС ВПО второго поколения по специальности 020804 «Геоэкология», федерального компонента ОПД ГОС ВПО второго поколения по специальности 020802 «Природопользование» Москва Издательство МНЭПУ 2008 ББК 67.400(3)я73 Р76 Рассмотрено и рекомендовано УТВЕРЖДАЮ на заседании кафедры Проректор по УМР Химической и - _______ Матюнина техногенной экологии « » 200 г. Протокол № 6 от « 16 » января 2008 г. Зав.кафедрой __________ Меньшиков В.В. « » 200 г. ^ Декан экологического факультета Зав. УМО _________ Марфенин Н.Н. ______Попов О.И. « » 200 г. « » 200 г. Р76 Прикладная экология (Часть 1. Промышленная экология): Учебно-методический комплекс по дисциплине «Прикладная экология (Часть 1. Промышленная экология)» федерального компонента цикла ДН ГОС ВПО второго поколения по направлению подготовки 020800 «Экология и природопользование», федерального компонента ОПД ГОС ВПО второго поколения по специальности 020801 «Экология», федерального компонента ОПД ГОС ВПО второго поколения по специальности 020804 «Геоэкология», федерального компонента ОПД ГОС ВПО второго поколения по специальности 020802 «Природопользование» М.: Изд-во МНЭПУ, 2008. – 35 с. Программа дисциплины составлена в соответствии с требованиями к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки дипломированного специалиста федерального компонента ДН ГОС ВПО второго поколения. На базе основных понятий экологической безопасности рассмотрены вопросы экологии промышленного производства. Проанализированы концепции безотходных и малоотходных технологий. Особое внимание уделено вопросам рационального использования воздуха и воды. ББК 67.400(3)я73 А в т о р ыс о с т а в и т е л и: ^ , к.т.н., доцент кафедры химической и техногенной экологии МНЭПУ; Меньшиков Валерий Викторович, к.х.н., проф. кафедры химической и техногенной экологии МНЭПУ. © МНЭПУ, 2008 ^ диктует повсеместный переход на замкнутый по отходам цикл с полным отсутствием вредных загрязняющих отходов. А.Д. Сахаров. Мир через полвека 1. ВВЕДЕНИЕНа современном этапе все очевиднее становится взаимосвязь производственных и природных процессов. Происходит слияние объектов хозяйственной деятельности человека, среды его обитания и природной среды в единые системы, развивающиеся по своеобразным, еще недостаточно изученным законам. Для их изучения состояния и прогнозирования изменений, а также управлением развития таких систем возникло новое научное направление – промышленная экология. Существует более десятка определений промышленной экологии (ПЭ). С нашей точки зрения, промышленная экология – это дисциплина, которая рассматривает (изучает) взаимосвязь (и взаимозависимость) материального, в первую очередь промышленного, производства, человека и других живых организмов и среды их обитания, то есть предметом изучения промышленной экологии являются эколого-экономические системы. Такое определение в настоящее время является наиболее распространенным и в той или иной формах поддерживается целым рядом ученых. Одной из главных задач ПЭ является нахождение путей для рационального и комплексного использования сырьевых и энергетических ресурсов в народном хозяйстве в цикле: первичные сырьевые ресурсы – производство – потребление – вторичные сырьевые ресурсы – и, в конечном итоге, создание техногенного кругооборота веществ по аналогии с биогеохимическим кругооборотом в природных экологических системах. В общем виде это связано с разработкой и внедрением технологических процессов, обеспечивающих комплексную переработку сырья с замкнутой системой водооборота или с полной рекуперацией (улавливанием и использованием) отходов производства в циклах реутилизации. Промышленная экология – функциональная дисциплина, так как наряду с установлением структуры и законов развития эколого-экономических систем, предметом исследования ПЭ является установление динамических связей внутри них, то есть функционирование подобной системы как единого целого. Методологической основой промышленной экологии служит системный подход с учетом всего многообразия экономических, биологических, социальных, технологических и других связей, их разнообразия и соподчинения. Промышленная экология включает санитарно-гигиенические мероприятия посредством создания эффективных методов контроля вредных выбросов, широкого применения инженерных средств защиты, создание производств, гармонирующих с окружающей средой (ОС) и обладающих минимальным отрицательным воздействием на биосферу. Содержание программного материала курса увязано с основными положениями Закона РФ «Об охране окружающей среды», с действующей нормативно–технической документацией. ^ Основная цель курса «Промышленная экология» – дать представление об инженерных подходах в области охраны ОС и рационального природопользования; дать представление о значении и последствиях антропогенного воздействия на ОС; дать понятие, что основной путь защиты природы от вредных воздействий промышленных производств – создание экологически безопасных процессов и, на первых порах, малоотходных производств; развить у студентов системное мышление. ^ Задачи данного курса могут быть сформулированы следующим образом:
^ Курс «Промышленная экология» развивает ряд положений курса «Техногенные системы и экологический риск», а также использует и обобщает знания, полученные при изучении химической экологии, геоэкологии, природопользования, правовых основ природопользования и охраны окружающей среды, радиационной экологии и др. Изучение данного курса позволяет будущим бакалаврам и специалистам профессионально анализировать и оценивать собственную производственную деятельность в отношении окружающей среды и принимать экологически обоснованные решения в области регулирования и очистки выбросов и сбросов загрязняющих веществ, сбора и утилизации твердых отходов, минимизации удельных расходов сырья и энергии при всех видах производства. Данный подход предполагает рассмотрение промышленной системы не в изоляции от ОС, а во взаимосвязи с ней по всему «жизненному циклу» сложных технических и природных систем. 1.4.ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ ^ Студенты, успешно освоившие данный курс должны:
^ 2. 1. ТЕМЫ И КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕТема 1. . ВВЕДЕНИЕ Основные цели, задачи и предмет курса «Промышленная экология». Опасность и экологическая безопасность в системе человек – окружающая среда – производство. Принципы безопасности. Человечество и окружающая среда. Оценка некоторых сторон негативного влияния человека на природу в процессе производства. Основные исторические этапы взаимодействия человека и природы. Место экологического нормирования в прикладной экологии. Концепция промышленной экологии. Связь промышленной деятельности с экономическими и социальными науками. Ключевые вопросы промышленной экологии. Эколого–экономические системы. Техногенный круговорот веществ. Соизмерение производственных и природных потенциалов. Использование современных информационных технологий и математического моделирования в задачах управления воздействия техногенных систем на состояние природной среды. Тема 2. ^ Понятия «технология», «технологический процесс», «технологическая система», «производство». Основные классы технологий (физико–механические, химические, биотехнологические). Общие и природоохранные технологии. Биотехнологии как экологически чистые производства. Основные производственные процессы природоохранных технологий: гидромеханические, тепловые, массообменные, химические (биохимические), механические. Процессы периодические, непрерывные, полупериодические. Движущая сила процессов. Идентификация опасности технологических систем при нормальной работе и аварийных ситуациях. Оценка экологической эффективности технологических процессов. Тема 3. ^ Экологические проблемы промышленных производств. Определение и концепция безотходного (экологически чистого) и малоотходного производства. Коэффициенты для оценки степени приближения традиционной технологии к безотходной. Основные принципы организации безотходного производства: системности, комплексного использования сырьевых и энергетических ресурсов, цикличности материальных потоков, рациональной организации, экологической безопасности. Примеры малоотходных технологий. Основные направления развития мало- и безотходных производств: 1) создание бессточных технологических систем на базе существующих и перспективных методов очистки и повторно-последовательного использования нормативно очищенных стоков; 2) разработка и внедрение систем переработки промышленних и бытовых отходов, которые рассматриваются при этом как вторичные материальные ресурсы (ВМР); 3) разработка технологических процессов получения традиционных видов продукции принципиально новыми методами, при которых достигается максимально возможный перенос вещества и знергии на готовую продукцию; 4) разработка и создание территориально-промышленных комплексов (ТПК) с возможно более полной замкнутой структурой материальних потоков и отходов производства внутри них. Основные направления совершенствования технологических процессов; аппаратурного оформления; сырья, материалов, энергоресурсов; готовой продукции, включая побочную и попутно образующуюся. Экологические проблемы энергетики и пути их решения. Природное и искусственное топливо. Теплоэнергетика, гидроэнергетика и их воздействие на окружающую среду. Энергоэффективность различных систем. Способы повышения энергоэффективности: когенерация, вторичная переработка сырья, разумное использование транспорта, научные разработки для повышения КПД механизмов, техноизоляция, новые материалы, консервация энергии и др. Альтернативные источники энергии: пассивные системы улавливания солнечной энергии, активные гелиоустановки, солнечные батареи, энергия падающей и текущей воды, энергия ветра, биомасса, биогаз, водород и др. Преимущества и недостатки. Тема 4. ^ Основные понятия: «загрязнение», «объекты загрязнения», «загрязняющее вещество». Естественное (природное) и искусственное (антропогенное) загрязнение биосферы. Источники естественного и искусственного загрязнения. Основные виды техногенного воздействия на окружающую среду: выбросы, сбросы, твердые отходы; методы оценки. Классификация и характеристика антропогенного загрязнения. Типы загрязнения (энергетическое – физическое, материальное – химическое и биологическое), их источники и синергетический эффект. Самоочищение. Рост производства и потребления сырья и образование отходов. Воздействие промышленного производства на окружающую среду. Воздействие автомобильного транспорта и пути его снижения. Способы уменьшения потока парниковых газов в атмосферу. Конвенция ООН о глобальном изменении климата. Повышение эффективности использования органического топлива. Энергетическое использование биомассы. Масштаб современных и прогнозируемых техногенных воздействий на ОС в концепции устойчивого развития. Тема 5. ^ Нормативы качества окружающей природной среды. Санитарно-гигиенические — предельно допустимые концентрации вредных веществ (ПДК ВВ) и уровни (ПДУ) физических, биологических и других воздействий. Производственно-хозяйственные — нормативы выбросов, сбросов ВВ (ПДВ, ПДС, ВСВ, ВСС, ВДК), технические (технологические), строительные и другие правила, содержащие экологические требования к источнику вредного воздействия, ограничивающие его негативное воздействие пороговой величиной. Комплексные — нормативы, сочетающие признаки первой и второй групп. Предельно допустимая (критическая) нагрузка (ПДН) как показатель воздействия одного или нескольких ВВ на окружающую природную среду. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических загрязняющих веществ в компонентах биосферы. Концепция ПДК. ПДК вредных веществ в атмосфере, водной среде и почве. Нормирование локальных выбросов. Организация нормирования выбросов. Расчет предельно допустимого сброса (ПДВ). Определение санитарно-защитной зоны. Контроль за соблюдением ПДВ. Методы снижения выбросов. Нормирование загрязняющих веществ в гидросфере. Организация нормирования сбросов. Методы снижения сбросов. Нормирование загрязняющих веществ в почве. Индекс и класс токсичности отходов. Нормирование размещения твердых отходов. Методы снижения образования отходов. Плата за выбросы, сбросы и размещение твердых отходов. Нормирование физических воздействий. Установление предельно допустимых уровней шумового загрязнения ОС. Тема 6. ^ Загрязнение атмосферного воздуха (химическое, физическое, биотическое). Химическое загрязнение, как наиболее опасный вид загрязнения. Смоги, кислотные осадки, парниковый эффект. Источники загрязнения и основные загрязняющие вещества атмосферы. Классификация источников загрязнения по назначению, месту расположения, геометрической форме, режиму работы, дальности распространения, характеру организации отвода и контроля. Способы борьбы с кислотными осадками и возможности их предотвращения. Комплексный индекс загрязнения атмосферы (ИЗА). Основные направления работ по снижению загрязнения воздушного бассейна. Методы очистки и обезвреживания отходящих газов. Очистка отходящих газов от аэрозолей (фильтры, скрубберы и др.). Основные принципы выбора метода очистки. Абсорбционные методы очистки отходящих газов. Очистка газов от диоксида серы, оксидов азота, оксида углерода и углеводородов. Адсорбционные методы очистки отходящих газов. Очистка газов от оксидов азота, диоксида серы и паров ртути. Методы каталитической и термической очистки отходящих газов. Дезодорация и обезвреживание газовоздушных выбросов. Использование биохимических методов. Замкнутые газооборотные циклы. Тема 7. ^ Антропогенное загрязнение гидросферы (химическое, физическое, биологическое). Источники загрязнения и основные загрязняющие вещества гидросферы. Основные тенденции в изменении качества природных вод под влиянием хозяйственной деятельности людей. Комплексный индекс загрязнения водной среды (ИЗВ). Классификация вод по целевому назначению. Технологическая вода и сточные воды. Классификация сточных вод по происхождению и фазово-дисперсной характеристике примесей. Общие показатели загрязненности сточных вод: органолептические; физико-химические; общее содержание растворенных веществ, в частности кислорода; общее содержание органических веществ; химическое (ХПК) и биологическое (БПК) потребление кислорода. Методы очистки сточных вод. Удаление взвешенных частиц из сточных вод под действием гравитационных и центробежных сил (гидромеханическая очистка). Физико-химические методы очистки сточных вод – коагуляция и флокуляция; флотация; адсорбция, ионный обмен, экстракция; обратный осмос и ультрафильтрация; электрохимические методы. Химические методы очистки сточных вод – нейтрализация; окисление и восстановление; удаление ионов тяжелых металлов. Биохимические методы очистки сточных вод. Аэробные и анаэробные процессы. Рекуперация активного ила. Термические методы очистки сточных вод. Создание замкнутых водооборотных систем. Тема 8. ^ ХРАНЕНИЕ, УТИЛИЗАЦИЯ, ПЕРЕРАБОТКА. Источники, основные характеристики и классификация твердых отходов. Отходы промышленные и бытовые, нетоксичные и токсичные. Несовершенство современных технологий. Влияние отходов на состояние ОС. Переработка твердых промышленных отходов (механическая, механотермическая и термическая). Обогащение. Физико-химическое выделение компонентов при участии жидкой фазы. Основные тенденции решения проблемы. Переработка твердых бытовых отходов (ТБО). Технология сбора, удаления и складирования ТБО. Термические методы переработки ТБО. Выработка и использование тепловой энергии на мусоросжигающих заводах (МСЗ). Очистка дымовых газов и утилизация золошлаковых отходов МСЗ. Компостирование ТБО. Комплексная переработка ТБО. Санитарное захоронение твердых промышленных и бытовых отходов. Загрязнение ОС токсичными отходами. Мутагенность, канцерегенность. Переработка, обезвреживание и захоронение токсичных отходов в глубоких скважинах, на полигонах и геологических формациях. Эколого-социальный аспект переработки и уничтожения запасов химического оружия. Характеристика современного состояния проблемы. Роль общественного мнения в борьбе с отходами. Тема 9. ^ Понятие производственного экологического контроля. Цели и задачи экологического производственного контроля. Основные направления и аспекты экологической деятельности предприятия. Принципы производственного экологического контроля. Организация системы контроля промышленных выбросов и отходов. Учет на предприятиях выбросов (сбросов) загрязняющих веществ. Типовые формы первичной учетной документации. Паспорт безопасности веществ (материалов) в соответствии с ГОСТ р12.1.052 – 97 ССБТ. Государственная экологическая статистическая отчетность предприятий. Основные виды экологической отчетности. Единые типовые формы статистической отчетности. Нормативные требования к экологической безопасности промышленных объектов. Тема 10. ^ Законодательство в области экологической и промышленной безопасности и охрана окружающей среды. Документы по организации экологической службы на предприятии. Общие требования в области охраны окружающей среды при размещении, проектировании, строительстве, реконструкции, вводе в эксплуатации, консервировании и ликвидации основных объектов, оказывающих и могущих оказать негативное воздействие на окружающую среду. Тема 11. ^ Промышленная экология системного уровня. Проектирование с учетом требований окружающей среды. Технологические перемены и изменяющийся риск. Конструирование с учетом окончания жизненного цикла. Услуги, технология и окружающая среда. Промышленная экология как развивающаяся наука. Схема исследований в области промышленной экологии: теоретические, экспериментальные и прикладные цели. ^ Учебно-тематический план для студентов очного отделения экологического факультета
^ Учебно-тематический план для студентов заочного отделения экологического факультета
^ Основная
Дополнительная
^ 3.1. ФОРМА КОНТРОЛЯ. В качестве текущего контроля студенты выполняют три контрольные работы по следующим темам: КР1. Основные технологические процессы природоохранных технологий (гидромеханические, тепловые, массообменные). Контрольная работа в тестовой форме. КР2. Нормирование локальных выбросов. Расчет ПДВ предприятий для «горячих» и «холодных» выбросов. Домашняя расчетная контрольная работа. КР3. Методы очистки газовых выбросов, сбросов и переработки твердых отходов. Контрольная работа в тестовой форме. В восьмом семестре студенты сдают экзамен. Экзамен проводится в два этапа. На первом этапе студенты проходят тестовый контроль, отвечая на вопросы в тестовой форме; на втором – отвечают на вопросы экзаменационного билета. ^ При подготовке к семинарским занятиям необходимо пользоваться конспектом лекций, а так же основной и дополнительной литературой. Семинарское занятие №1. Контрольная работа в тестовой форме. Основные технологические процессы природоохранных технологий (гидромеханические, тепловые, массообменные). Семинарское занятие №2. Тема: «Нормирование загрязняющих веществ в биосфере». На данном семинарском занятии студенты решают задачи, связанные с нормированием локальных выбросов. Проводят расчеты ПДВ предприятий для «горячих» и «холодных» выбросов. ^ Рассчитайте ПДВ для предприятия в Подмосковье (А = 140), η= 1) при выбросе диоксида азота через трубу высотой 200 м с внутренним диаметром 5 м со средней скоростью выхода газовоздушной смеси 10 м/сек, если ∆Т = 100 оС, а Сф = 0,015 мг/м3 (ПДКМР = 0,085 мг/м3, ПДКСС = 0,04 мг/м3). Контрольные вопросы:
Семинарское занятие №3. Тема: «Рациональное использование воздуха» Контрольные вопросы:
Семинарское занятие №4. Тема: «Рациональное использование воды» Контрольные вопросы:
Семинарское занятие 5. Контрольная работа в тестовой форме. Методы очистки газовых выбросов, сбросов и переработки твердых отходов. Контрольная работа в тестовой форме. Семинарское занятие №6. Тема: «Производственный экологический контроль». Контрольные вопросы:
^
^
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
отлично
1 