Экологические проблемы в строительной индустрии

Содержание

1. Введение в экологические проблемы в строительной индустрии………3

2. Нормирование примесей  атмосферы……………………………………...8

3. Загрязнение атмосферы……………………………………………………12

Литература…………………………………………………………………….20

1. Введение  в экологические проблемы в  строительной индустрии

Необъятный земной шар  становиться мал для развивающейся  промышленности, вновь строящихся городов, быстро прибывающего населения.

Такими же быстрыми темпами  нарастают экологические проблемы. Каждый год в мире сжигается 20 млрд. тонн кислорода. Его баланс пока сохраняется на Земле за счет тропических лесов. Но и их с каждым годом становится все меньше и меньше.

В целом на земном шаре сейчас используют более 100 млрд. тонн различных веществ в год.

Ученые подсчитали, что  за последние сто лет только в  атмосферу было выброшено около 1,5млн. тонн мышьяка, 1 млн. тонн никеля, 1,35 млн. тонн кремния, 900 тысяч тонн угарного газа, 600 тысяч тонн цинка. Одна средняя ТЭС за сутки выбрасывает до 800 тонн золы и 125 тонн сернистого ангидрида. Это далеко не полный перечень того, что попадает в атмосферу от антропогенной деятельности.

Воды морей и океанов  испытывают сильнейшую экологическую  нагрузку, что приводит к снижению очистительных свойств морских вод, уменьшению их биологической продуктивности.

Почвенный покров планеты  уже не справляется с техногенными  отходами, во многих случаях природа еще не приспособилась перерабатывать чуждые ей загрязнения. Природа испытывает сильнейшие нагрузки, ведущие к её угнетению и гибели.

В этой нерадостной картине  строительной индустрии принадлежит  немалая лепта. Наступило время, когда не только нужно громко говорить об этом, но и осваивать новые науки, которые бы помогали в решении экологических проблем.

Одной из таких новых наук является строительная экология. Какие вопросы будет она рассматривать. Перечень этих вопросов значителен:

• основные виды техногенных и антропогенных воздействий при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений;
• способы сохранения поверхности земли при строительстве;
• сохранение литосферы и грунтовых вод;
• биопозитивные строительные решения;
• природосберегающая технология строительства;
• утилизация отходов при строительстае;
• использование возобновляемых источников энергии;
• применение безотходных технологий в решениях зданий;
• мониторинг состояния среды и принятия решений по его результатам;
• архитектурно-строительные аспекты строительной экологии;
• правовые вопросы экологии и охраны среды.

К техногенным и антропогенным  воздействиям на природу относят  все виды воздействий, создаваемых техникой и непосредственно человеком. К ним относятся:

• загрязнения (внесение в среду нехарактерных для нее новых физических, химических или биологических агентов, или превышение имеющегося естественного уровня этих агентов);
• технические преобразования и разрушения природных систем и ландшафтов (в процессе добычи природных ресурсов, строительства и др.);
• исчерпание природных ресурсов (полезные ископаемые, вода, воздух и др.);
• глобальные климатические воздействия (изменение климата в связи с деятельностью человека);
• эстетические воздействия (изменения природных форм, неблагоприятных для визуального и другого восприятия).

В результате таких всесторонних воздействий меняется состав биосферы, круговорот и баланс веществ. Изменяется тепловой баланс земного шара, структура земной поверхности (застройка, укладка асфальта, строительство искусственных водоёмов, мелиорация и т.д.) истребляются и перемещаются в новые места обитания некоторые виды животных и растений.

Все техногенные воздействия приводят к ухудшению качества окружающей среды, которое отличается консерватизмом, т.к. оно вырабатывалось в течение миллионов лет эволюции.

Одним из основных видов  негативных воздействий являются загрязнения.

Загрязнения делятся  в зависимости от типа источника, последствий и мер контроля. Это сточные воды, газообразные выбросы, нечистоты, поглощающие кислород, носители инфекций, вещества, представляющие питательную ценность для сорных растений, минералы, неорганические кислоты, соли, твердые стоки, радиоактивные вещества и др.

Загрязнения от источников (отходы промышленных предприятий, стройплощадок, бытовые отходы, отходы транспорта, энергетики, сельского хозяйства, а  также химические средства защиты растений) поступают в атмосферу, гидросферу, литосферу, причём из экотопа (мест обитания биотического сообщества) они передаются всем составляющим биоценоза (растениям, животным, микроорганизмам)).

Загрязнения могут быть природными (обычно вызванные катастрофами – вулканами, селями, торнадо, цунами, землетрясениями и др.) и антропогенными (от деятельности человека).

Антропогенные загрязнения  делят на биологические, механические, химические, физические. Можно выделить ещё одно специфическое для строительства загрязнение – визуальное и эстетическое, заключающееся в неблагоприятном изменении ландшавта.

Физическое загрязнение может быть тепловым вследствие повышения температуры из-за потерь тепла в промышленности, в жилых домах, теплотрассах и т.д; шумовым – из-за повышения интенсивности шума вследствие работы предприятий, стройплощадок, движения транспорта и др.; световым – вследствие повышения освещённости из-за искусственных источников света; электромагнитным – из-за действия радио, телевизоров, промышленных установок; радиоактивным – из-за повышения естественного уровня (фона) содержания радиоактивных веществ (например, в сырье для производства строительных материалов, в каменном угле при сжигании его в котлах ТЭС).

Физические загрязнения  могут привести к развитию аномалий у животных, растений и человека.

Химическое загрязнение может быть вызвано внесением каких-либо новых химических соединений (например, на основе полимеров) или повышением концентрации присутствующего в природной среде химического вещества. Многие из химических веществ активны и могут взаимодействовать с молекулами веществ, входящих в состав живого организма, или активно окисляться на воздухе, при этом они становятся ядовитыми по отношению к живым организмам.

Механическое загрязнение, вызываемое веществами, не оказывающими на среду физического или химического воздействия, особенно характерно для строительства и производства строительных материалов. Сюда входят отходы камнепиления и производства железобетона, отходы при ремонте зданий и сооружений.

Биологическое, а также  микробиологическое загрязнения происходят при поступлении в окружающую среду биологических отходов в результате быстрого размножения микроорганизмов на антропогенных субстратах. Эти загрязнения характерны для строительной индустрии в связи с развитием новой отрасли – строительной биологии.

Все виды загрязнений, проникающих  в воздух, почву, воду поступают в  живые организмы, снижая продуктивность или уничтожая экосистемы.

Таблица 1

Классификация загрязнений  окружающей среды

Продолжение таблицы 1

Большую лепту в картину  загрязнения окружающей среды вносит строительная индустрия. Например, застройка  и асфальтирование все больших  площадей поверхности земли, сопоставимое в настоящее время с площадью поверхности земного шара, не только исключает из естественного отбора определенную часть земли, но и изменяет режим грунтовых вод, испарение и т.д., что в итоге разрывает сложившиеся связи в системе биогеоценоза. Однако ни кто ещё не считал, какая часть поверхности земного шара может быть закрыта непроницаемой оболочкой, чтобы биосфере был нанесён непоправимый ущерб.

Будущими инженерами-строителями  должны быть рассмотрены и изучены  все виды воздействий на природу  при строительстве зданий и сооружений, а также предложены меры по защите окружающей среды с помощью строительных мероприятий. В состав таких мероприятий входят:

• защита и помощь в рациональном развитии воздушной, геологической, гидрогеологической среды живой природы (био- зооценозом)
• борьба с загрязнителями: химическим, биологическими, минеральными, тепловым, акустическим, визуальным;
• экономное расходование невозобновляемых ресурсов Земли (энергоносителей и др.);
• сохранение и восстановление земли для целей сельского хозяйства, рекреации, создания парков, садов, заповедников;
• утилизация отходов;
• охрана геологических и культурных памятников;
• создание экологически чистых зданий при сбалансированном состоянии урбанизованной и природной сред;
• мониторинг с целью принятия своевременных решений.

Начиная любое строительство (поселений, городов, объектов), необходимо применить рациональную планировку (соотношение урбанизованной и природной сред), а также ландшафтную архитектуру (учитывая рельеф местности и геологическую среду).

Необходимо, чтобы архитектурно-строительные аспекты вписывали бы объект в окружающую среду.

Основным принципиальным направлением современного строительства  является сохранение поверхности земли  и рельефа, т.е. осуществлять строительство  там, где не могут быть использованы территории для сельского хозяйства или рекреации (склоны, лощины, холмы, овраги, прибрежные участки). Кроме того, необходимо развивать подземное и полуподземное строительство, а также строить здания, поднятые над поверхностью земли на опорах (столбах) и здания на искусственных территориях (например, создаваемые на шельфе).

Инженеры-строители должны развивать биопозитивное строительство. Под биопозитивными зданиями и сооружениями имеются в виду здания, помогающие развитию живой природы – флоры и фауны. Например, биопзитивные инженерные конструкции:

• озеленяемые подпорные стены;
• шумо-защитные экраны, размещаемые вдоль магистралей и внутри кварталов;
• озеленяемые крыши, террасы, стены;
• биопозитивные подводные конструкции – коллекторы для разведения различных организмов и получения морепродуктов и др.

Большое внимание следует  уделять вопросам утилизации отходов  промышленности и строительства  с целью производства дешёвых  строительных материалов и использования  вторичной энергии – тепла  энергоносителей.

Для этого используются основные виды отходов промышленности:

• отходящие дымовые газы тепловых агрегатов;
• пыли;
• жидкости;
• шламы;
• неиспользованные горные породы (вскрышные);
• отходы камнеобработки;
• бытовые отходы;
• отходы самого строительства (строительные конструкции и элементы с браком).

Инженеры-строители должны знать современные способы и методы утилизации отходов при производстве различных строительных материалов (например, тяжелых, легких, особо лёгких бетонов, камней из шламов или терсы – отходов камнепиления и др.), а также способы утилизации тепла и газов биологических свалок (что в настоящее время весьма актуально).

Инженерам-строителям необходимо применять современные достижения в области разработки и создания нетрадиционных (возобновлямых) источников энергии.

Все нетрадиционные источники энергии рассматриваются применительно к нуждам строительства, т.е. обеспечение энергией и теплом с целью создания экономически чистых зданий:

• использование солнечной энергии с помощью различных типов гелеонагревателей;
• использование преобразователей солнечной энергии в электрическую;
• использование тепловых насосов для утилизации тепла;
• Использование энергии ветровых и волновых электростанций. Конструктивные решения таких станций можно совмещать со зданиями различного назначения в акватории и на территориях с постоянными сильными ветрами;
• Использование энергии подземного тепла.

Инженеры-строители должны знать способы мониторинга за состоянием окружающей среды с целью принятия своевременных решений об изменениях в планах строительства или эксплуатации построенных объектов.

Для сфер (воздушной, водной, для земли и живой природы) оценивают загрязнения (минеральные, химические, биологические, тепловые, шумовые), а также уровень и  движение грунтовых вод, состояние, качественный и количественный состав растительности, эрозия почв, шлейфы выбросов в воздух и воду и многое другое.

Инженер-строитель обязан знать правовые вопросы охраны окружающей среды, свой обязанности и ответственность за нарушение правовых актов (вплоть до уголовной).

[1, 2]

2. Нормирование примесей атмосферы

  Примеси, поступающие  в атмосферу, оказывают различное  токсическое воздействие на организм  человека.

  Оксид углерода  СО. Воздействует на нервную и  сердечно-сосудистую системы, вызывает  удушье (соединяется с гемоглобином  крови, который становится неспособным переносить кислород к тканям). Поскольку оксид углерода - бесцветный газ и не имеет запаха, это делает его особенно опасным. Первичные симптомы отравления оксидом углерода (появление болей в голове) возникают при концентрациях СО около 200-220 мг/м3 при длительности воздействия в течение 2-3 ч. При несколько больших концентрациях СО появляется ощущение пульса в висках, головокружение. При наличии в воздухе оксидов азота токсичность СО возрастает, поэтому допустимые концентрации СО в воздухе должны быть снижены приблизительно в 1,5 раза.

   Оксиды азота NOx (NO, N2O3, NO2, N2O5). Основной выбрасываемый оксид NO2 не имеет цвета и запаха, очень ядовит, раздражающе действует на органы дыхания человека. Особенно опасны оксиды азота в городах, где они, взаимодействуя с углеводородами выхлопных газов автомашин, образуют фотохимический туман - «смог». Отравление оксидами азота начинается легким кашлем. При повышении концентрации NOx возникает сильный кашель, рвота, иногда головная боль. При контакте оксидов азота с влажной поверхностью легких образуются кислоты HNO3 и HNO2, что приводит к отеку легких. При многочасовом воздействии переносимы концентрации не выше 70 мг/м3. При концентрации оксидов азота 10-20 мг/м3 ощущается запах. При 3 мг/м3 не наблюдается никаких явлений. Оксиды азота взаимодействуют со многими материалами, разрушая их.

Диоксид серы SO2. Бесцветный газ с острым запахом; уже в  малых концентрациях (20-30 мг/м3) создает  неприятный вкус во рту; раздражает слизистые  оболочки глаз и дыхательные пути, при концентрациях около 50 мг/м3 образуя последовательно Н2SО3 и H2SO4. Порог запаха составляет 3-6 мг/м3.

В природе наиболее чувствительны  к SО2 хвойные и лиственные леса, так  как SO2 накапливается в листьях  и хвое. При содержании SO2 в воздухе от 0,23 до 0,32 мг/м3 происходит усыхание сосны за 2-3 года в результате нарушения фотосинтеза и дыхания хвои. Аналогичные изменения у лиственных деревьев возникают при концентрации SO2 около 0,5-1,0 мг/м3.

   Углеводороды (пары  бензина, пентан, гексан и др.). Обладают наркотическим действием, в малых концентрациях снижают активность, вызывают головную боль, головокружение и т. п. Так, при вдыхании в течение 8 ч паров бензина в концентрации около 600 мг/м3 возникают головные боли, кашель, неприятные ощущения в горле.

   Особую опасность  представляют собой канцерогенные  вещества - непосредственный контакт  с ними живой ткани может  привести к возникновению злокачественной  опухоли. Наиболее опасно попадание  этих веществ в органы дыхания.  Из организма канцерогенные вещества не выводятся. К канцерогенным веществам относится бенз(а)пирен (С20Н12), который образуется в процессах пиролиза угля и углеводородных топлив (при температуре более 600° С), обнаруживается в саже, дымовых газах и отработавших газах автомобилей.

   Альдегиды (главным  образом формальдегид). При воздействии  на человека вызывают раздражающее  действие на слизистые оболочки  глаз и дыхательные пути. Запах  формальдегида отмечается при  концентрации 0,2 мг/м3. Длительное пребывание  в атмосфере с концентрацией формальдегида от 1,0 до 9,5 мг/м3 приводит к раздражению слизистых оболочек глаз и дыхательных путей, а при содержании формальдегида до 20-70 мг/м3 отмечается головная боль, слабость, потеря аппетита, бессоница, сильное раздражение слизистых оболочек глаз.

   Атмосферная пыль  различного происхождения и химического  состава. Постоянно присутствует  в атмосфере. При неполном сгорании  топлив образуется сажа, которая  представляет собой высокодисперсный  нетоксичный порошок, на 90-95% состоящий  из частиц углерода. Сажа обладает большой адсорбционной способностью по отношению к тяжелым углеводородам и в том числе к бенз(а)пирену, что делает сажу весьма опасной для человека.

   Источником атмосферной  пыли является зола, образующаяся  при сгорании топлив и в определенных количествах уносимая в атмосферу отходящими газами. В золе содержатся углерод, углеводороды в виде смол и масел и неорганические соединения.

   Дисперсный состав  пылей и туманов определяет  их проникающую способность в  организм человека, устойчивость пылевых выбросов в атмосфере и почти всегда является решающим фактором при выборе средств и способов защиты атмосферы от пылевых выбросов и туманов. Особую опасность для человека представляют токсические тонкодисперсные пыли с размером частиц 0,5-10 мкм, поступающие в атмосферу с вентиляционными выбросами и легко проникающие в органы дыхания.

  Характерные размеры  частиц некоторых видов твердых  и жидких примесей атмосферы  приведены ниже:

Таблица 2

Характерные размеры  частиц некоторых видов твердых и жидких примесей атмосферы

   Предельно допустимые  концентрации (ПДК) примесей. Основной  физической характеристикой примесей  атмосферы является концентрация - количество вещества в единице  объема воздуха при нормальных  условиях, обычно в мг/м3. Концентрация  примесей определяет физическое, химическое и другие виды воздействия вещества на окружающую среду и относится к основным параметрам при нормировании допустимых концентраций примеси в атмосфере.

   Предельно допустимые концентрации  загрязняющих веществ в атмосфере  населенных пунктов регламентированы списком Министерства здравоохранения СССР № 1892-78 от 1 августа 1978 г. с дополнениями № 2063-79 от 11 октября 1979 г. и № 2394-81 от 7 мая 1981 г., в соответствии с которым установлены класс опасности вещества, допустимые максимальная разовая и среднесуточная концентрация примесей (Для вредных веществ, ПДК которых не утверждены, Министерством здравоохранения СССР определены ориентировочные безопасные уровни вредности (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосфере населенных пунктов. ОБУВ утверждается сроком на 3 года). Приоритет научного обоснования уровней допустимого содержания примесей в атмосфере принадлежит советским ученым и прежде всего В. Я. Рязанову.

  ПДК - это максимальная концентрация  примеси в атмосфере, отнесенная  к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает на него вредного действия, включая отдаленные последствия, и на окружающую среду в целом.

  Если вещество оказывает  на окружающую природу вредное действие в меньших концентрациях, чем на организм человека, то при нормировании исходят из порога действия этого вещества на окружающую природу.

  Максимальная разовая  ПДК - основная характеристика  опасности вредного вещества. Она  устанавливается с целью предупреждения рефлекторных реакций у человека (ощущение запаха, изменение биоэлектрической активности головного мозга, световой чувствительности глаз и др.) при кратковременном воздействии атмосферных примесей. Среднесуточная ПДК - для предупреждения общетоксического, канцерогенного, мутагенного и другого влияния вещества на организм человека. Концентрации вредных веществ определяются по пробам, отобранным в течение 20-30 мин. Регламент отбора проб воздуха в селитебных зонах определен ГОСТ 17.2.3.01-77.

Наибольшая концентрация.  С каждого вредного вещества в приземном слое не должна превышать максимальной разовой предельно допустимой концентрации, т. е. С ПДКмакс. При одновременном присутствии в атмосфере нескольких вредных веществ, обладающих однонаправленным действием, их безразмерная суммарная концентрация должна удовлетворять условию

С1/ПДК1 + С2/ПДК2 + ... + Сn/ПДКn ≤ 1, (1)

где С1 С2, ..., Сn - концентрация вредных веществ в атмосфере  в одной и той же точке местности, мг/м3; ПДК1, ПДК2, ..., ПДКn - максимальные разовые предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосфере, мг/м3.

  Эффектом однонаправленного  действия (суммации) обладает ряд  вредных веществ, например диоксиды  серы и азота; диоксид серы  и сероводород; сильные минеральные  кислоты (серная, соляная, азотная); этилен, пропилен, бутилен, амилен; озон, диоксид азота, формальдегид и др. Например, высоту труб современных ТЭС рассчитывают из условия, что концентрации SO2 и NOx в приземном слое атмосферы удовлетворяют условию СSO2/ПДКSO2+СNOx/ПДКNOx ≤ 1. В табл. 9 приведены допустимые концентрации некоторых наиболее характерных веществ, загрязняющих атмосферу в городах и населенных пунктах. Для сравнения приведены предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосфере, регламентированные в ФРГ. В США максимальные ПДК (часовая норма) вредных веществ составляют, мг/м3: по пыли - 0,12, по S02 - 0,75. Наибольшие различия в ПДК относятся к оксидам азота, по которым в ряде стран нормы вообще отсутствуют. Только в СССР начиная с 1966 г. при нормировании учитывается суммарное воздействие оксидов SOx и NOx.

    Предельно  допустимые выбросы (ПДВ). В соответствии  с требованиями ГОСТ 17.2.3.02-78 для  каждого источника загрязнения  атмосферы устанавливается предельно  допустимый выброс вредных веществ  из условия, что выбросы вредных веществ от данного источника и совокупности источников города или другого населенного пункта с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере не создадут приземную концентрацию, превышающую ПДК для населения, растительного и животного мира. Расчет ПДВ ведут в соответствии с СН 369-74. Если на территории предприятия действует несколько мелких одиночных источников выбросов (например, вентиляционные выбросы, выбросы от энергетических установок и т. п.), то устанавливают суммарный ПДВ для предприятия или объекта.

  При установлении  ПДВ для источника загрязнения  атмосферы необходимо учитывать  значения фоновых концентраций  вредных веществ в воздухе  Сф от остальных источников  загрязнения, действующих в данной местности. В этом случае необходимо выполнять условие С + Сф ≤ ПДК. Контроль ПДВ ведут измерением концентраций примесей в течение 20 мин, а также в среднем за сутки, месяц, год.

  СНиП 11-33-75 регламентируют  допустимое содержание пыли в  выбросах Св (мг/м3) вентиляционного воздуха промышленных предприятий: а) при объемном расходе воздуха более 15000 м3/ч Св=100 К2; б) при объемном расходе воздуха 15000 м3/ч и менее Св=(160-4Qv)K2, где Qv - объемный расход воздуха, тыс. м3/ч; К2 - коэффициент, принимаемый в зависимости от ПДК пыли в воздухе рабочей зоны производственного помещения:

Коэффициент, принимаемый  в зависимости от ПДК пыли в  воздухе рабочей зоны производственного помещенияПДК, мг/м3 <2  2-4  4-6  >6 

К2 0,3 0,6 0,8 1,0

  Нормирование содержания СО в отработавших газах ДВС, работающих на бензине, ведется в соответствии с ГОСТ 17.2.2.03-77. Содержание СО контролируется на режиме холостого хода при двух частотах вращения коленчатого вала двигателя: минимальной n мин.х.х и повышенной, равной 0,6 номинальной частоты холостого хода, т. е. 0,6 nHOM.X.X. Объемная доля СО в отработавших газах не должна превышать 1,5 и 1,0% соответственно для указанных режимов.

  Таблица 3

ПДК наиболее характерных  веществ, загрязняющих атмосферный  воздух

[3, 6]

3. Загрязнение атмосферы