ПРОЦЕССЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Основные процессы инженерной защиты окружающей среды От техногенных загрязнений

Защита окружающей среды является составной частью концепции устойчивого развития человеческого общества, означающей длительное непрерывное развитие, обеспечивающее потребности ныне живущих лю­дей без ущерба удовлетворению потребностей будущих поколений. Кон­цепция устойчивого развития не сможет реализоваться, если не будут раз­работаны конкретные программы действий по предотвращению загрязне­ния окружающей среды, включающие в себя также организационные, тех­нические и технологические разработки по развитию ресурсо-, энергосбе­регающих и малоотходных технологий, снижению газовых выбросов и жидкостных сбросов, переработки и утилизации хозяйственных отходов, уменьшению энергетического воздействия на окружающую среду, усо­вершенствованию и использованию средств защиты окружающей среды.

Организационно-технические методы охраны окружающей среды можно условно разделить на активные и пассивные методы.

Активные методы защиты окружающей среды представляют собой технологические решения по созданию ресурсосберегающих и малоотход­ных технологий.

Пассивные методы защиты окружающей среды делятся на две под­группы: 1) рациональное размещение источников загрязнения; 2) локали­зация источников загрязнения. Рациональное размещение предполагает территориальное рациональное размещение объектов экономики, сни­жающее нагрузку на окружающую среду, а локализация по существу явля­ется флегматизацией источников загрязнений и средством снижения их выбросов. Локализация достигается применением различных средозащит - ных технологий, технических систем и устройств.

В основе многих средозащитных технологий лежат физические и химические превращения. В физических процессах изменяются лишь фор­ма, размеры, агрегатное состояние и другие физические свойства веществ. Их строение и химический состав сохраняются. Физические процессы до­минируют при дроблении, измельчении полезных ископаемых, в различ­ных способах обработки металлов давлением, при сушке и в других анало­гичных случаях.

Химические процессы изменяют физические свойства исходного сы­рья и его химический состав. С их помощью получают металлы, спирты, удобрения, сахара и т. п., которые в чистом виде в сырье не присутствуют.

Химические процессы являются основой производства в металлургии, хи­мической промышленности, промышленности строительных материалов, целлюлозно-бумажной промышленности и во множестве других отраслей народного хозяйства.

Химические явления в технологических процессах зачастую полу­чают развитие под влиянием внешних условий (давление, объем, темпера­тура и т. д.), в которых реализуется процесс. При этом имеют место несте - хиометрические превращения одних веществ в другие, изменение их по­верхностных, межфазных свойств и ряд других явлений смешанного (фи­зического и химического) характера.

Совокупность взаимосвязанных химических и физических процес­сов, происходящих в вещественной субстанции, получила название физи­ко-химических, пограничных между физическими и химическими. Физико - химические процессы широко применяются в обогащении полезных иско­паемых, металлургии, технологиях основных химических производств, ор­ганическом синтезе, энергетике, но особенно в природоохранных техноло­гиях (пыле - и газоулавливании, очистке сточных вод и др.).

Специфическую группу составляют биохимические процессы - химические превращения, протекающие с участием субъектов живой при­роды. Биохимические процессы составляют основу жизнедеятельности всех живых организмов растительного и животного мира. На их использо­вании построена значительная часть сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности, например биотехнология. Продуктом био­технологических превращений, протекающих с участием микроорганиз­мов, являются вещества неживой природы.

В теоретических основах технологии защиты окружающей среды, базирующихся на общих законах физической и коллоидной химии, термо­динамики, гидро - и аэродинамики, изучается физико-химическая сущность основных процессов экобиозащитных технологий. Такой системный под­ход к средозащитным процессам позволяет сделать обобщения по теории таких процессов, применить к ним единый методологический подход.

В зависимости от основных закономерностей, характеризующих протекание средозащитных процессов, последние подразделяют на сле­дующие группы:

- механические;

- гидромеханические;

- массообменные,

- химические;

- физико-химические;

- тепловые процессы;

- биохимические;

- процессы, осложненные химической реакцией.

В отдельную группу выделены процессы защиты от энергетических воздействий, в основном базирующиеся на принципах отражения и погло­щения избыточной энергии основных технологических процессов приро­допользования.

К механическим процессам, основой которых является механическое воздействие на твердые и аморфные материалы, относят измельчение (дробление), сортирование (классификация), прессование и смешивание сыпучих материалов. Движущей силой этих процессов являются силы ме­ханического давления или центробежная сила.

К гидромеханическим процессам, основой которых является гидро­статическое или гидромеханическое воздействие на среды и материалы, относят перемешивание, отстаивание (осаждение), фильтрование, центри­фугирование. Движущей силой этих процессов является гидростатическое давление или центробежная сила.

К массообменным (диффузионным) процессам, в которых большую роль наряду с теплопередачей играет переход вещества из одной фазы в другую за счет диффузии, относят абсорбцию, адсорбцию, десорбцию, экстрагирование, ректификацию, сушку и кристаллизацию. Движущей си­лой этих процессов является разность концентраций переходящего веще­ства во взаимодействующих фазах.

Химические процессы, протекающие с изменением физических свойств и химического состава исходных веществ, характеризуются пре­вращением одних веществ в другие, изменением их поверхностных и межфазных свойств. К этим процессам можно отнести процессы катализа, нейтрализации, окисления и восстановления. Движущей силой химических процессов является разность химических (термодинамических) потенциа­лов.

Физико-химические процессы характеризуются взаимосвязанной со­вокупностью химических и физических процессов. К физико-химическим процессам разделения, основой которых являются физико-химические превращения веществ, можно отнести коагуляцию и флокуляцию, флота­цию, ионный обмен, обратный осмос и ультрафильтрацию, дезодорацию и дегазацию, электрохимические методы, в частности, электрическую очист­ку газов. Движущей силой этих процессов является разность физических и термодинамических потенциалов разделяемых компонентов на границах фаз.

К тепловым процессам, основой которых является изменение тепло­вого состояния взаимодействующих сред, относят нагревание, охлаждение, выпаривание и конденсацию. Движущей силой этих процессов является разность температур (термических потенциалов) взаимодействующих сред.

Биохимические процессы, в основе которых лежат каталитические ферментативные реакции биохимического превращения веществ в процес­се жизнедеятельности микроорганизмов, характеризуются протеканием биохимических реакций и синтезом веществ на уровне живой клетки. Движущей силой этих процессов является энергетический уровень (потен­циал) живых организмов.

Указанная классификация не является жесткой и неизменной. В ре­альной действительности многие процессы осложнены протеканием смеж­но-параллельных процессов. Например, массообменные и химические процессы часто сопровождаются тепловыми процессами. Так, ректифика­цию, сушку и кристаллизацию можно отнести к комбинированным тепло - массообменным процессам. Процессы абсорбции, адсорбции часто сопро­вождаются химическими превращениями. Химические процессы нейтра­лизации и окисления можно одновременно рассматривать как массообмен - ные процессы. Биохимические процессы сопровождаются одновременно тепло - и массообменом, а физико-химические процессы - массообменными процессами.