Сборник учебных программ по повышению квалификации персонала

Программа курса
Экологическая химия

Проф. Бекман И. Н.
(до 38 учебных часов)

Курс лекций посвящен анализу современных тенденций использования химии в решении проблем экологии. Рассмотрены источники и влияние различных посторонних веществ на состояние природной среды и способы контроля этих веществ и связанных с ними эковозмущениями. Обсуждены проблемы разработки ресурсосберегающих и малоотходных технологий, создания сенсорных систем для мониторинга токсинов в окружающей среде, блокирования выбросов промышленных предприятий, а также физико-химические аспекты динамики природных систем с выявлением химических факторов их эволюции. Изложены методики оценки экологического влияния химических веществ, используемых человеком в виде конечных продуктов (изделия, удобрения, лекарства, красители и т.д.) или полупродуктов (сырье, материалы для промышленности и т.д.). Даны параметры предельно допустимых выбросов и предельно допустимых концентраций, характеризующих защитные свойства среды обитания и отдельных организмов. Основное внимание уделено развитию физико-химических методов планирования природоохранных мероприятий.
1. Экологическая химия и химическая экология.
Теоретические и практические основы экологической химии. Физико-химическая экология: роль физико-химических факторов в эволюции биосферы.
Химия, как основной загрязнитель среды, и химия, как средство восстановления окружающей среды. Роль фундаментальной науки (теория катастроф, неравновесная термодинамика (диссипативные структуры и бифуркации), теория транспортных процессов, теория интегрированных химико-технологических систем).
Новая мировоззренческая и научно-техническая революция: не много и дешево, а безопасно и чисто.
Экологические приоритеты ООН (Глобальное потепление климата, связанное как с выбросами промышленностью, автотранспортом и энергетикой на природном топливе газов с парниковым эффектом, так и с уничтожением тропических лесов. Загрязнение международных вод нефтепродуктами, органическими токсикантами, тяжелыми металлами и радионуклидами. Уменьшение биологического разнообразия как результат разрушения среды обитания и разработки природных ископаемых. Разрушение атмосферного озонового слоя из-за эмиссии фтор-или хлорсодержащих углеводородов, галогенов, водорода и т.п.). Экологические программы ООН: поиск альтернативных источников энергии, борьба с выбросами вредных веществ (для развивающихся стран), создание малоотходных и безопасных технологий (для развитых стран).
2. Источники загрязнений.
Естественные источники воздействия на окружающую среду. Источники техногенных загрязнений окружающей среды. Сравнение результатов антропогенного вмешательства и естественных изменений природной среды. Сравнительная оценка факторов воздействия на природную среду. Нормы сторонних воздействий на живые системы. Предельно допустимые нормы: ПДВ, ПДК. Нормы ионизирующих излучений.
3. Экологические критерии анализа поступающих в окружающую
среду продуктов.
Объем производства. Области применения. Распространение в окружающей среде. Устойчивость и способность к разложению. Превращения токсинов в окружающей среде.
Экотоксикология: вредное влияние токсинов и физических полей на отдельные особи и популяции, влияния на экосистему. Биологическое воздействие химических продуктов.
4. Энерго- и ресурсосберегающие малоотходные и безопасные технологии. Производство, как деформация окружающей среды (Гайзенберг). Чистые и чистящие технологии. "Высокие" и "низкие" технологии. Природоохранные химические технологии.
Эксергетический и экологический критерии технологии. Роль химической трансформации энергии в решении экологических проблем энергетики. Экологически чистая интегрированная энергосистема на основе химических энергоносителей. Атомно-водородная энергетика. Сопряжение энергетических и химических производств.
Интегрированные системы химической технологии (мембранные адсорберы, мембранные абсорберы, мембранные экстракторы и мембранные реакторы).
Аппараты регулярной структуры (адсорбционно- и каталитически активные фильтры). Молекулярный, фазовый, модульный и аппаратурный дизайн. Идеи нанохимии в создании нового поколения функциональных материалов. Транспортная структура контактных аппаратов. Оптимизация проточных контактных аппаратов с твердофазным активным материалом (катализатором или адсорбентом). Критерии совершенства структуры аппарата: эффективность использования механической энергии, активного материала и объема аппарата при фиксированной плотности перерабатываемого потока и глубине превращения. Пленарные адсорбенты: ткани и войлок из выщелоченных базальтовых волокон, активированного угля и др.
Тепловые насосы в концентрировании рассеянной энергии.Термокаталитическое аккумулирование ядерной и солнечной энергии. Методы химической трансформации, аккумулирования и дальнего транспорта энергии. Хемотермический системы транспорта теплоты. Металлогид-ридные термопреобразователи и абсорбционные тепловые насосы.
Гибкие и перестраиваемые производства: технологический конструктор. Гибкие автоматизированные производственные системы химической промышленности, способные быстро и с минимальными затратами ресурсов (автоматически) перестраиваться на выпуск новой продукции, переработку новых видов сырья или реализацию новых технологических процессов. Динамическая гибкость, как способность технологической системы устойчиво работать при действии различного рода возмущений по составу сырья, параметрам используемой энергии, в условиях изменяющегося спроса. Адаптивность системы: способность целенаправленного изменения стратегии поведения при неизменном составе элементов за счет изменения функций и формирования новой структуры связи между ними. Живучесть системы - сохранение ею работоспособности при выходе из строя отдельных звеньев или элементов. Гибкость сопряжения энергогенерирующей и технологической систем. Саморегулирующиеся и саморазвивающиеся технологии.
Безопасность и степень риска химических производств. Увеличение мощности и сложности химико-технологических производств - факторы, определяющие непредсказуемость последствий при аварии. Безэлектронные системы управления на элементах струйной автоматики.
Неразрушающие методы диагностики узлов химико-технологической аппаратуры. Химические мембранные сенсоры. Автоматические системы улавливания и обезвреживания аварийных выбросов паров и газов с целью ликвидации последствий аварий в производственных помещениях.
5. Обратные технологии.
Экологические аспекты переработки ракетного топлива, ядерных реакторов, ядерного, химического и биологического оружия, кордовых шин, интегральных схем и т.п. Переработка отходов АЭМС. Химические и биологические методы восстановления почвы.
6. Системы очистки промышленных и бытовых сбросов.
Современные методы очистки сбросных газов: мембранная технология, абсорбция и адсорбция. Мембранный абсорбер с подвижным носителем, как интегрированная система, сочетающая мембранный и абсорбционный методы разделения. Управление производительностью и эффективностью разделения газовой смеси в пермабсорбере и мембранном вентиле. Химические, биологические и биохимические мембранные контакторы и мембранные реакторы.
Очистка сточных вод. Химические и биологические методы очистки воды. Мембранная технология и мембранные экстракторы.
Очистка питьевой воды.
Захоронение радиоактивных отходов в морях. Хранилища радиоактивных отходов. Переработка бытовых отходов. Инсинерация. Утилизация отходов и замкнутые промышленные циклы. Отходы как сырье для новых производств. Переработка полимерных отходов в нефтепо-добные продукты - сырье для синтеза полимеров.
7. Мониторинг загрязнений.
Полевая экология. Детекторы токсинов и радиоактивных излучений. Организация локального, регионального и глобального мониторинга. Системы раннего экологического оповещения. Космический мониторинг. Экологический мониторинг и информационное обеспечение всемирной экологической безопасности. Международное сотрудничество в прогнозировании и ликвидации последствий аварий.
Химические исследования в биологических системах. Методы исследования воздействий и абиотических превращений.
8. Распространение загрязнений и эковозмущений в окружающей среде.
Тепловое загрязнение среды от химических производств и энергетических установок.
Распространение вредных веществ в окрестности локального и распределенного источника. Интерференция источников. Стоячие волны концентраций токсинов в распределенных системах. Роль структуры и динамики атмосферы в процессах массопереноса токсинов и их влияние на интенсивность и природу эковозмущений. Миграция радиоактивных благородных газов как типичный пример межрегионального и глобального транспорта токсинов от природных, техногенных источников, катастроф и испытаний. Распространение токсинов в гидросфере (грунтовые воды, реки, моря). Биологические факторы переноса токсинов (миграции рыб, птиц и т.п.). Пространственные и временные автоволны. Эковозмущения в окружающей среде. Подавление эковозмущений. Идеи фрактальной геометрии в попытках объединения химических, биологических, физико-географических (например, рельеф местности) факторов, а так же архитектуры в системе прогноза загрязнения окружающей среды. Синергизм экотехнологических, экономических и экоментальных последствий загрязнений окружающей среды.Роль химических факторов в эволюции природных систем.
9. Экосистемы и популяции при внешних воздействиях. Экотоксикология: иерархия биологических экосистем и их устойчивость к неблагоприятным воздействиям. Выявление уязвимых (критериальных) уровней экосистем и блокирование их повреждений. Физико-химические методы моделирования состояния экосистем. Физико-химия глобальных изменений в биосфере. Принцип пороговости действия химических веществ на продуценты и консументы. Оценка содержания различных компонентов экологических систем и подсистем в форме неравенств. Материальные неравенства в мониторинге экосистем и планировании физико-химических природных мероприятий. Экоцид.
Автоволны в экологических системах с загрязнением. Влияние токсинов на численность, возрастной состав и пространственное распространение популяции. Топология и динамика системы "жертва-хищник" в загрязненной среде.
Оценка интегрального экологического риска. Роль банков данных в оценке приоритетных факторов экологической безопасности и экологического риска.
География источников и стоков экологических возмущений. Локализация различных типов источников загрязнений окружающей среды. "Сточные ямы" планеты. Окружающая среда как химический и микробиологический реактор синтеза вредных веществ. Основные направления переноса вредных веществ на планете Земля. Роль структуры и динамики атмосферы, морских течений и рельефа местности на процессы переноса токсинов, миграцию микроорганизмов, рыб, птиц и животных. Трансграничный перенос загрязнений окружающей среды:
экотранспорт и экоагрессия. Химия в защите государства от внутренних и внешних неблагоприятных факторов.
10. Загрязнение природной среды.
Изменения в атмосфере (пыль и аэрозоли, газы). Кислотные дожди, парниковый эффект, озоновые дыры, пригрунтовый озон и его роль в разрушении растений.
Загрязнение грунтовых и морских вод (органические токсины, неорганические остатки, радионуклиды). Биолюминомеры и другие методы контроля качества воды. Загрязнение почвы (уплотнение почвы, изменения почвы в зависимости от способов ее обработки, антропогенные загрязнения). Продукты питания и пищевые добавки. Токсичность предметов потребления. Внутренние помещения. Городские и сельские экосистемы.
11. Экологически опасные регионы России и СНГ.
Москва, Челябинск, Семипалатинск, Чернобыль, Аральское море. Экологические проблемы оз. Байкал, р. Волги и п. Камчатки. Химические и радиационные компоненты проектов восстановления территорий и их экспертиза.
12. Способы предотвращения эковозмущений и реконструкции ок
ружающей среды.
Системный анализ, экологические критерии, выбор альтернатив.
Процессы самоочищения и самовосстановления в биосфере.
Экотехнология. Химико-технологические системы гармонизации отношений производство-среда обитания. Установление рационального равновесия в биосфере путем рационального уменьшения нагрузок удобрений, пестицидов и токсичных веществ. Технологическое использование экологических принципов для улучшения функционирования экосистем. Восстановление продуктивности водоемов путем насыщения их кислородом. Озоновая атака в разрушении токсичных веществ. Создание удобрений, препятствующих накоплению радионуклидов и тяжелых металлов в сельскохозяйственных растениях. Тепловые насосы в борьбе с тепловым загрязнением среды. Конверсия биомассы для поглощения атмосферного углекислого газа.
Методы обеспечения экологической эффективности рекреационных территорий (заповедников, парков, зон отдыха). Рекультивация территорий. Химические, микробиологические и биологические методы восстановления водоемов и почвы. Рекультивация военных полигонов, аэродромов и территорий горнодобывающих предприятий.
13. Химия в обеспечении комфортных условий существования человека.
Новые вещества и материалы. Покрытия для защиты персонала,
технологического оборудования и промышленных поглотителей от токсичных газов. Интерьерные поглотители газообразных токсинов.
Повышение сопротивляемости биоты неблагоприятным внешним воздействиям.
Мониторинг иммунного статуса человека. Профилактика болезней экологической природы. Ликвидация последствий переоблучения. Аллергические заболевания и борьба с ними. Химия в борьбе с экоэпиде-миями. Методы восстановления иммунного статуса человека и животных. Трансдермальный перенос и безинъекционный ввод иммуномодуляторов.

Литература:
1. В. С. Сафонов, Г. Э. Одишария, А. А. Швыряев. Теория и практика анализа риска в газовой промышленности. М: 1996.
2. В. А. Абакумов. Научные основы мониторинга пресноводных экосистем. Л.: Гидрометеоиздат, 1988.
3. Ф. Корте, М. Бахадир, В. Клайн, Я.П. Лай, Г. Парлар, И. Шойнерт.Экологическая химия. Под ред. Ф. Корте. М.: Мир, 1997.
4. Г. Фелленберг. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию. М.: Мир, 1997.
5. Н.Ф. Реймерс. Экология (теории, законы, правила, принципы игипотезы). М.: Журнал "Россия молодая", 1994.
6. Р. Уеттекер. Сообщества и экосистемы. М.: Мир, 1980.
7. Д.А. Криволуцкий и др. Действие ионизирующих излучений на биогеоценоз. М.: Наука, 1988.
8. Ю.А. Израэль, Ф. Я. Ровинский, Ф. Я. Черханов. Мониторинг фонового загрязнения природных сред. Л.: Гидрометиздат, 1984
9. И.В. Петрянов, А. Г .Сутугин. Вездесущие аэрозоли. М.: Знание, 1990.
10. М. Харуэлл, Т. Хатчисон. Последствия ядерной войны. Воздействие на экологию и сельское хозяйство. М.: Мир, 1988.
11. Г. Хаген. Синергетика. Иерархии неустойчивости в самоорганизующихся системах и устройствах. М.: Мир, 1985.
12. В. М. Бродянский, В. Фратшер, К. Михалек. Эксергетический метод и его приложения. М.: Энергоатомиздат, 1988.
13. И. Л. Лейтес, М. X. Сосна, В. П. Семенов. Теория и практика химической энерготехнологии. М.: Химия, 1988.
14. Парниковый эффект, изменение климата и экосистем./Под ред.Б. Болина. Л.: Гидрометеоиздат, 1989.
15. Атомно-водородная энергетика и технология. Под ред. В.А. Легасова. Энергоиздат, 1990.
16. В. Маршалл. Основные опасности химических производств.М.: Мир, 1989.
17. Д. Рей, в кн. Тепловые насосы. М.: Энергоиздат, 1982.
18. В.А. Красилов. Охрана природы: принципы, проблемы, приоритеты. М.: 1992.
19. М. Фешбах, А. Френдли. Экоцид в СССР. Здоровье и природа на осадном положении. М.: 1992.