Атмосфера является одним из необходимых условий возникновения и существования жизни на Земле. Она участвует в формировании климата на планете, регулирует ее тепловой режим, способствует перераспределению тепла у поверхности. Часть лучистой энергии Солнца поглощает атмосфера, а остальная энергия, достигая поверхности Земли, частично уходит в почву, водоемы, а частично отражается в атмосферу.

В современном состоянии атмосфера существует сотни миллионов лет, все живое приспособлено к строго определенному ее составу. Газовая оболочка защищает живые организмы от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей. Атмосфера предохраняет Землю от падения метеоритов. В атмосфере распределяются и рассеиваются солнечные лучи, что создает равномерное освещение. Она являйся средой, где распространяется звук. Из-за действия гравитационных сил атмосфера не рассеивается в мировом пространстве, а окружает Землю, вращается вместе с ней.

Основной (по массе) компонент воздуха -- азот. В нижних слоях атмосферы его содержание составляет 78,09%. Самый активный в биосферных процессах газ атмосферы -- кислород. Содержание его в атмосфере составляет около 20,94%. Важная составляющая часть атмосферы -- диоксид углерода (СО 2), который составляет 0,03% ее объема. Он существенно влияет на погоду и климат на Земле. Содержание диоксида углерода в атмосфере не постоянно. Он поступает в атмосферу из вулканов, горячих ключей, при дыхании человека и животных, при лесных пожарах, потребляете растениями, хорошо растворяется в воде. Количество растворенного углекислого газа в океане 1,3 10 14 т.

В небольших количествах в атмосфере содержится оксид углерода (СО). Инертных газов, таких как аргон, геля криптон, ксенон, также немного. Из них больше всего- аргона -- 0,934%. В состав атмосферы входят также водород и метан. Инертные газы попадают в атмосферу в процессе непрерывного естественного радиоактивного распада урана, тория, радона.

В верхних слоях стратосферы расположен в небольшой концентрации озон. Поэтому эту часть атмосферы часть называют озоновым экраном. Общее содержание озона в атмосфере невелико -- 2,10%, но он отражает до 5% ультрафиолетовых лучей, что предохраняет живые организмы от их губительного действия. Задерживая до 20% инфракрасных излучений, достигающих Земли, озон повышает утепляющие действия атмосферы. На формирование озонового экрана влияет наличие в стратосфере хлора, оксидов азота, водорода, фтора, брома, метана, обеспечивающих фотохимические реакции разрушения озона.

Помимо газов в атмосфере имеются вода и аэрозоли. В атмосфере вода находится в твердом (лед, снег),жидком (капли) и газообразном (пар) состоянии. При конденсации водяных паров образуются облака. Полное обновление водяных паров в атмосфере происходит за 9--10 суток.

В атмосфере также встречаются вещества и в ионном состоянии - до нескольких десятков тысяч в 1 см 3 воздуха.

Загрязнителем атмосферы может быть любой физический агент, химическое вещество или биологический вид (в основном микроорганизмы), попадающие в окружающую среду, или образующиеся в ней в количестве выше естественных.

Под атмосферным загрязнением понимают присутствие в воздухе газов, паров, частиц, твердых и жидких веществ, тепла, колебаний, излучений, которые неблагоприятно влияет на человека, животных, растения, климат, материалы, здания и сооружения.

По происхождению загрязнения делят на природные, вызванные естественными, часто аномальными процессами в природе, и антропогенные, связанные с деятельностью человека.

Загрязнители атмосферы разделяют на механические, физические и биологические.

Механические загрязнения - пыль, зола, фосфаты, свинец, ртуть. Их источники - вулканические извержения, пылевые бури, лесные пожары, Они образуются при сжигании органического топлива и в процессе производства строительных материалов, которое дает до 10% всех загрязнений. Большое количество загрязнений поступает в атмосферу при работе цементной промышленности, при добыче и обработке асбеста, работе металлургических заводов и др.

К физическим загрязнениям относят тепловые (поступление в атмосферу нагретых газов); световые (ухудшение естественной освещенности местности под воздействием искусственных источников света); шумовые (как следствие антропогенных шумов); электромагнитные (от линий электропередач, радио и телевидения, работы промышленщ установок); радиоактивные, связанные с повышением уровнем поступления радиоактивных веществ в атмосферу.

Биологические загрязнения в основном являются следствием размножения микроорганизмов и антропогенной, деятельности (теплоэнергетика, промышленность, транспорт, действия вооруженных сил).

Самыми распространенными токсичными веществам загрязняющими атмосферу, являются оксид углерода СО, диоксид серы SO 2 оксид азота N0 2 , углекислый газ CO 2 , углеводороды СН и пыль.

Основной загрязнитель атмосферы оксидом углерода - транспортно-дорожный комплекс. Из 35 млн тонн вредных выбросов комплекса - 89% приходится на выбросы автомобильного транспорта и дорожно-строительного комплекса. На долю автомобилей приходится 25% сжигаемого топлива, один автомобиль за время своего существования выбрасывает до 10 т СО; (всего в мире около 700 млн автомобилей). Отработанные газы содержат более 200 вредных соединений, в том числе и канцерогенных.

Нефтепродукты, продукты износа шин и тормозных накладок, сыпучие и пылящие грузы, хлориды, используемые в качестве антиобледенителей дорожных покрытий, загрязняют придорожные полосы и водные объекты.

Существенное значение имеет загрязнение атмосферы асфальтобетонными заводами, так как выбросы этих предприятий содержат канцерогенные вещества. Эксплуатируемые в настоящее время в России асфальтосмесительные установки разной мощности выбрасывают в атмосферу от 70 до 300 тыс. т взвешенных веществ в год. Выборочное обследование показало, что очистное оборудование ни на одной из них не работает эффективно вследствие конструктивного несовершенства, неудовлетворительного технического состояния и неполного проведения регламентного обслуживания. На подвижных дорожных объектах, обеспечивающих строительство, ремонт и содержание дорог общего пользования, ежегодно выбрасывается 450 тыс.т пыли, сажи и других вредных веществ.

Значительным поставщиком оксида углерода, пыли, сажи является металлургическая промышленность (оксида углерода около 2,2 млн тонн), энергетические комплексы (пыли около 2 млн тонн), цветная металлургия более 300 тыс тонн СО и почти столько же пыли, нефтедобывающая промышленность (600 тыс тонн СО)

Оксид углерода препятствует переносу кислорода, отчего наступает кислородное голодание организма. Продолжительное вдыхание оксида углерода может оказаться смертельным для человека.

Пыль. Загрязняющие вещества проникают в организм через органы дыхания. Суточный объем вдыхаемого воздуха для одного человека составляет 6--12 м 3 . При нормальном дыхании с каждым вдохом в организм человека поступает от 0,5 до 2 л воздуха.

Вредные воздействия разнообразных и пылевидных промышленных выбросов на человека определяются количеством загрязняющих веществ, поступающих в организм, их состоянием, составом и временем воздействия.

Наличие пыли в атмосфере, помимо вышеуказанных отрицательных последствий, уменьшает поступление к поверхности Земли ультрафиолетовых лучей. Наиболее сильное влияние загрязнений на здоровье человека проявляется в период смогов. В это время ухудшается самочувствие людей, резко возрастает число легочных и сердечно-сосудистых заболеваний, возникают эпидемии гриппа.

Диоксид серы, серный ангидрид и другие серные соединения поражают дыхательные пути. Основными их поставщиками являются черная (300 тыс тонн) и цветная металлургия (более 1 млн тонн), газовая промышленность и нефтеперерабатывающая промышленность, энергетика (до 2, 4 млн тонн).

Растворение диоксида серы в атмосферной влаге приводит к кислотным дождям, которые воздействуют на леса, почвы, здоровье человека. Особенно распространены кислотные дожди в районах Южной Канады, Северной Европы, на Урале, прежде всего в районе Норильска.

Загрязнение атмосферы промышленными выбросами существенно усиливает эффект коррозии. Кислотные газы способствуют коррозии стальных конструкций и материалов. Диоксид серы, оксиды азота, гидрохлорид при соединении с водой образуют кислоты, усиливая химическую и электрохимическую коррозию, разрушают органические материалы (резину, пластмассы, красители). На стальные конструкции отрицательно действуют озон и хлор. Даже незначительное содержание нитратов в атмосфере вызывает коррозию меди и латуни.

Аналогично действуют и кислотные дожди: снижают плодородие почв, отрицательно воздействуют на флору и фауну, сокращают сроки службы- электрохимических покрытий, особенно хромоникелевы красок, снижается надежность работы машин и механизмов, под угрозой находятся более 100 тыс. используемых видов цветного стекла.

Разрушительное воздействие промышленных загрязнений зависит от вида вещества. Хлор наносит урон органам зрения и дыхания. Фториды, попадая в организм человека через пищеварительный тракт, вымывают кальций из костей и снижают содержание его в крови. Опасны для вдыхания пары или соединения тяжелых металлов. Вредны для здоровья соединения бериллия.

Опасны даже в малых концентрациях в атмосфере альдегиды. Альдегиды оказывают раздражающее воздействие на органы зрения и обоняния, являются наркотиками, разрушающими нервную систему.

Атмосферные загрязнения могут оказывать на здоровье человека малое влияние, но могут привести к полной интоксикации организма.

Одной из серьезных проблем, связанных с загрязнением атмосферы, является возможное изменение климата от воздействия антропогенных факторов, которые вызывают непосредственное воздействие на состояние атмосферы, связанное с повышением или понижением температуры и влажности воздуха.

Экологи предупреждают, что если не удастся уменьшить выброс в атмосферу углекислого газа, то нашу планету ожидает катастрофа, связанная с повышением температуры вследствие так называемого парникового эффекта. Сущность этого явления заключается в том, что ультрафиолетовое солнечное излучение достаточно свободно проходит через атмосферу с повышенным содержанием СО 2 и метана СН 4 . Отражающиеся от поверхности инфракрасные лучи задерживаются атмосферой с повышенным содержанием СО 2 , что приводит к повышению температуры, а следовательно, и к изменению климата. Анализ наблюдений за последние 100 лет свидетельствует, что самыми тяжелыми были 1980, 1981, 1983, 1987 и 1988 гг.

В Северном полушарии поверхностная температура в настоящее время на 0,4 0С выше, чем в 1950--1980 гг. В будущем предполагается дальнейший рост температуры, например на 2--4 0 С к 2050 г.

Поэтому за счет таяния ледников и полярных льдов в ближайшие 25 лет ожидается повышение уровня Мирового океана на 10 см.

Уже в начале XXI в. ученые прогнозируют повсеместные цунами, тайфуны, наводнения. А в XXII в. потепление составит 5...10°С и станет необратимым, возможно, вызвав последний великий потоп. Таким образом, те изменения климата, которые были малозаметны в XX в., могут стать гибельными для человечества в XXII в.

Колебания климата влияют на состояние и жизнедеятельность человека. При изменении температуры воздуха и осадков изменяются распределения водных ресурсов, условия развития человеческого организма.

К антропогенным процессам относится и разрушение озонового слоя Земли. Озоновый слой, максимум концентрации которого находится на высоте 10...25 км в тропосфере, предохраняет жизнь на Земле от смертельных ультрафиолетовых излучений. Разрушают его оксиды азота, особенно хлор-фторуглероды, которые в природных системах практически отсутствуют, но человек усиленно добавляет их в атмосферу:

Работой холодильников на фреоне и аэрозольных установках;

Выделением N0 в результате разложения минеральных удобрений;

Полетами самолетов на большой высоте и запусками ракетоносителей спутников (выброс оксидов азота и паров воды);

Ядерными взрывами (образования оксидов азота);

Процессами, способствующими проникновению в стратосферу соединений хлора антропогенного происхождения.

Изменение толщины озонового слоя всего на 1% увеличивает интенсивность ультрафиолетового излучения на 2%, а риск заболеваний раком кожи - на З...6%. Ультрафиолетовое излучение особо воздействует на фитопланктон, расположенный в поверхностном слое Мирового океана, а также на культурные растения. Масштабы уничтожения озонового слоя таковы, что над некоторыми регионами, например Австралией, Антарктидой и др., образовались озоновые дыры; тенденция к уменьшению слоя озона фиксируется для всех географических районов Земли.

Загрязнения атмосферы вредно сказываются и на растениях. Разные газы оказывают различное влияние на растения, причем восприимчивость растений к одним и тем же газам неодинакова. Наиболее вредны для них сернистый газ, фтористый водород, озон, хлор, диоксид азота, соляная кислота.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что если даже не учитывать других факторов, таких как загрязнение воды и почвы в атмосфере имеется достаточно вредных веществ, концентрацию которых необходимо контролировать.

Наибольшая загрязненность наблюдается в индустриальных регионах: около 90% выбросов вредных веществ (ВВ) приходится на 10% территории суши (Северная Америка, Европа, Восточная Азия), особенно на крупные города, где по многим ВВ превышены предельно допустимые концентрации. Примерно 20% человечества дышит воздухом, в котором концентрация ВВ превышает предельно допустимые концентрации.

Химическая нагрузка на одного жителя России за время жизни (60 лет)

Химическая нагрузка - общее количество вредных и токсичных веществ, которые попадают в организм человека за время его жизни.

В нашей стране впервые были разработаны и внедрены с 1939 года в практику природоохранной деятельности нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ в воздухе населенных пунктов, исходя из гигиенических требований. В действующие нормативы включены болеее 2500 различных веществ, которые могут содержаться в продуктах питания, воздухе почве, воде. Они периодически пересматриваются и в настоящее время мы используем санитарные нормы СН 245-71.

ПДК - это максимальная концентрация примеси в атмосфере, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает вредного воздействия, включая отдаленные последствия, а также не оказывает вредного воздействия на окружающую среду. Эта величина носит законодательный характер. В РФ ПДК соответствует самым низким значениям, которые рекомендованы ВОЗ. Устанавливаются два значения: максимальная разовая в пределах 20 - 30 минут и среднесуточная величина ПДК.

Максимальная разовая доза ПДК не должна приводить к неприятным рефлекторным реакциям человеческого организма (насморк, неприятный запах), а среднесуточная - к токсичному, канцерогенному и мутагенному воздействию.

Для регулирования выбросов ВВ в биосферу используются индивидуальные для каждого вещества и предприятия нормы предельно допустимых выбросов (ПДВ), которые учитывают количество источников высоту их расположения, распределение выбросов во времени и в пространстве и другие факторы (ГОСТ 17.2.3.02-78)

ПДВ - предельное количество вредного вещества, разрешаемое к выбросу от данного источника, которое не создает концентрацию около Земли, опасную для людей, животного и растительного мира

Значение ПДВ (г/с) для продуктов сгорания рассчитывается по следующей формуле

Для нагретого выброса:

ПДВ= ПДК (/A F m n.

Для холодного выброса:

ПДВ= 8ПДК.

Если несколько источников выбросов:

где V c - суммарный объемный раствор газовой смеси

Vc =V1+ V2 + V3…

V 1 - объем газа выбрасываемый каждым источником. (м 3 /с);

Н - высота источника выброса над поверхностью(м);

ДТ - разность температур выбрасываемого газа и воздуха (градус С)

А -коэффициент, зависящий от температурного градиента атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ;

F - коэффициент скорости оседания вредных веществ в воздухе;

m,n - коэффициенты, учитывающие условия выхода газовой смеси из устья источника;

D - диаметр устья источника.

Методика расчета ПДВ изложена в СН 369 -74. При расчете учитываются фоновые концентрации вредных веществ в воздухе С ф и концентрация от источников загрязнений С, сумма которых должна быть меньше или равна ПДК:

ПДК?С +С ф

При совместном присутствии в воздухе нескольких веществ с разными ПДК и разными концентрациями суммарная концентрация должна удовлетворять следующему соотношению:

В соответствии с ГОСТ 17.2.3.02-78 для каждого промышленного предприятия устанавливается ПДВ вредных веществ в атмосферу при условии, что выбросы ВВ от данного источника в совокупности с другими источниками не создадут концентрацию превышающую ПДК.

Соблюдение этих требований достигается локализацией вредных веществ в месте их образования, отводом из помещения или оборудования, а также рассеиванием а атмосфере. Если при этом концентрация выбросов вредных веществ в атмосфере превышает ПДК, то применяют очистку выбросов от вредных веществ в аппаратах очистки, установленных в выпускной системе. Наиболее распространены вентиляционные, технологические и транспортные выпускные системы.

2 .2.1 Средства защиты атмосферы

Все известные методы и средства защиты атмосферы от химических примесей можно объединить в три группы.

В первую группу входят мероприятия, направленные на снижение мощности выбросов, т.е. уменьшение количества выбрасываемого вещества в единицу времени. Во вторую группу входят мероприятия, направленные на защиту атмосферы путем обработки и нейтрализации вредных выбросов специальными системами очистки. В третью группу входят мероприятия по нормированию выбросов как на отдельных предприятиях и устройствах, так и в регионе в целом.

Для снижения мощности выбросов химических примесей в атмосферу наиболее широко используют:

Замену менее экологичных видов топлива экологичными. В этом случае применяют топливо с более низким баллом загрязнения атмосферы.

Сжигание топлива по специальной технологии. Осуществляется либо в кипящем (псевдоожиженном) слое, либо предварительной их газификацией.

Создание замкнутых производственных циклов. Одним из перспективных способов защиты атмосферы от химических примесей является внедрение замкнутых производственных процессов, которые сводят к минимуму выбрасываемые в атмосферу отходы, вторично используя их и потребляя, т. е. превращая их в новые продукты.

Классификация систем очистки воздуха и их параметры. По агрегатному состоянию загрязнители воздуха подразделяются на пыли, туманы и газопарообразные примеси. Промышленные выбросы, содержащие взвешенные твердые или жидкие частицы, представляют собой двухфазные системы.

Системы очистки воздуха от пыли делятся на 4 основные группы: сухие и мокрые пылеуловители, электрофильтры и фильтры. При повышенном содержании пыли используют пылеуловители и электрофильтры. Фильтры применяют для тонкой очистки воздуха с концентрацией примесей менее 100 мг/м 3 .

Выбор того или иного пылеулавливающего устройства, которое представляет систему элементов, включающую пылеуловитель, разгрузочный агрегат, регулирующее оборудование и вентилятор, предопределяется дисперсным составом улавливаемой частицы промышленной пыли.

Для очистки воздуха от газообразных примесей применяются следующие методы.

Метод абсорбции заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора.

Состав абсорбента выбирается из условия растворения в нем поглощаемого газа. Например, для удаления из технологических выбросов таких газов как аммиак, хлористый водород используют в качестве поглотителя воду. Для улавливания водяных паров используют серную кислоту, а ароматических углеводородов (из коксового газа) - вязкие масла.

Метод хемосорбции основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием химических соединений. Реакции хемосорбции экзотермические.

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых пористых материалов селективно извлекать из газовоздушной смеси отдельные ее компоненты. Широко известный пример адсорбента с ультрамикроскопической структурой - активированный уголь.

При каталитическом методе токсичные компоненты газовоздушной смеси, взаимодействуя со специальным веществом - катализатором, превращаются в безвредные вещества. В качестве катализаторов используются металлы или их соединения (платина, оксиды меди и марганца и пр.). Катализатор, выполняемый в виде шаров, колец или спиральной проволоки, играет роль ускорителя химического процесса.

Термический метод или высокотемпературное дожигание, который иногда называют термической нейтрализацией, требует поддержания высоких температур очищаемого газа и наличия достаточного количества кислорода. В термических катализаторах сжигаются такие газы, как, например, углеводороды, оксид углерода, выбросы лакокрасочного производства.

Для защиты атмосферы от негативного антропогенного воз­действия в виде загрязнения его вредными веществами исполь­зуют следующие меры:

Экологизацию технологических процессов;

Очистку газовых выбросов от вредных примесей;

Рассеивание газовых выбросов в атмосфере;

Устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-пла­нировочные решения.

Наиболее радикальная мера охраны воздушного бассейна от загрязнения - экологизация технологических процессов и в первую очередь создание замкнутых технологических цик­лов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных загрязняющих веществ.

Экологизация технологических процессов предусматрива­ет, в частности, создание непрерывных технологических про­цессов, предварительную очистку топлива или замену его бо­лее экологичными видами, применение гидрообеспыливания, перевод на электропривод различных агрегатов, рециркуляцию газов и др.

Первоочередная задача - борьба с загрязнением атмосфер­ного воздуха отработанными газами (ОГ) автомобилей. В на­стоящее время ведется активный поиск более «чистого» топли­ва, чем бензин. Продолжаются разработки по замене карбюра­торного двигателя на более экологичные типы, созданы проб­ные модели автомобилей, работающих на электроэнергии.

Нынешний уровень экологизации технологических процессов еще недостаточен для полного предотвращения газовых вы­бросов в атмосферу. Поэтому повсеместно используются раз­личные методы очистки отходящих газов от аэрозолей (пы­ли) и токсичных газообразных примесей (NO, NO 2 , SO 2 , SO 3 и др.).

Для очистки выбросов от аэрозолей применяют различные типы устройств в зависимости от степени запыленности возду­ха, размеров твердых частиц и требуемого уровня очистки: су­хие пылеуловители (циклоны, пылеосадительные камеры), мок­рые пылеуловители (скрубберы, и др.), фильтры, электро­фильтры: каталитические, абсорбционные, адсорбционные и другие методы для очистки газов от токсичных газооб­разных примесей.

Рассеивание газовых примесей в атмосфере - это сниже­ние их опасных концентраций до уровня соответствующего ПДК путем рассеивания пылегазовых выбросов с помощью высоких дымовых труб. Чем выше труба, тем больше ее рассеивающий эффект. Применение высоких дымовых труб помогло умень­шить локальное дымовое загрязнение, осложнило в то же вре­мя региональные проблемы выпадения кислотных дождей.

Защита атмосферного воздуха от вредных выбросов предпри­ятий в значительной степени связана и с устройством санитарно-защитных зон и архитектурно-планировочными решениями.

Санитарно-защитная зона (СЗЗ) - это полоса, отделяющая источники промышленного загрязнения от жилых или общест­венных зданий для защиты населения от влияния вредных фак­торов производства. Ширина этих зон от 50 до 1000 м и зависит от класса производства, степени вредности и количества выде­ленных в атмосферу веществ. Следует заметить, что граждане, чье жилище оказалось в пределах СЗЗ, защищая свое конститу­ционное право на благоприятную среду, могут требовать либо прекращения экологически опасной деятельности предприятия, либо переселения за счет предприятия за пределы СЗЗ.

Архитектурно-планировочные мероприятия включают пра­вильное взаимное размещение источников выброса и населен­ных мест с учетом направления ветров, выбор под застройку промышленного предприятия ровного возвышенного места, хо­рошо продуваемого ветрами и т. д.

Требования к выбросам в атмосферу. Средства защиты атмосферы должны ограничивать наличие вредных веществ в воздухе среды обитания человека на уровне не выше ПДК. Во всех случаях должно соблюдаться условие

С+с ф £ ПДК (6.2)

по каждому вредному веществу (с ф -фоновая концентрация), а при наличии нескольких вредных веществ однонаправленного действия - условие (3.1). Соблюдение этих требований достигается локализацией вредных веществ в месте их образования, отводом из помещения или от оборудования и рассеиванием в атмосфере. Если при этом концентрации вредных веществ в атмосфере превышают ПДК, то применяют очистку выбросов от вредных веществ в аппаратах очистки, установленных в выпускной системе. Наиболее распространены вентиляционные, технологические и транспортные выпускные системы.

Рис. 6.2. Схемы использования средств защиты атмосферы:

/-источник токсичных веществ; 2- устройство для локализации токсичных веществ (местный отсос); 3- аппарат очистки; 4- устройство для забора воздуха из атмосферы; 5- труба для рассеивания выбросов; 6- устройство (воздуходувка) для подачи воздуха на разбавление выбросов

На практике реализуются следующие варианты защиты атмосферного воздуха:

Вывод токсичных веществ из помещений общеобменной вентиляцией;

Локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах и его возврат в производственное или бытовое помещение, если воздух после очистки в аппарате соответствует нормативным требованиям к приточному воздуху (рис. 6.2, а);

Локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере (рис. 6.2, б);

Очистка технологических газовых выбросов в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере; в ряде случаев перед выбросом отходящие газы разбавляют атмосферным воздухом (рис. 6.2, в);

Очистка отработавших газов энергоустановок, например двигателей внутреннего сгорания в специальных агрегатах, и выброс в атмосферу или производственную зону (рудники, карьеры, складские помещения и т. п.) (рис. 6.2, г).

Для соблюдения ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест устанавливают предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ из систем вытяжной вентиляции, различных технологических и энергетических установок. Предельно допустимые выбросы ГТДУ самолетов гражданской авиации определены ГОСТ 17.2.2.04-86, выбросы автомобилей с ДВС-ГОСТ 17.2.2.03-87 и рядом других.

В соответствии с требованиями ГОСТ 17.2.3.02-78 для каждого Чроектируемого и действующего промышленного предприятия устанпвливается ПДВ вредных веществ в атмосферу при условии, что ыбросы вредных веществ от данного источника в совокупности с другими источниками (с учетом перспективы их развития) не создадут Риземную концентрацию, превышающую ПДК.

Рассеивание выбросов в атмосфере . Технологические газы и вентиляционный воздух после выхода из труб или вентиляционных устройств, подчиняется законам турбулентной диффузии. На рис. 6.3 показано распределение концентрации вредных веществ в атмосфере под факелом организованного высокого источника выброса. По мере удаления от трубы в направлении распространения промышленных выбросов можно условно выделить три зоны загрязнения атмосферы:

переброса факела выбросов Б, характеризующаяся относительно невысоким содержанием вредных веществ в приземном слое атмосферы;

задымления В с максимальным содержанием вредных веществ и постепенного снижения уровня загрязнения Г. Зона задымления наиболее опасна для населения и должна быть исключена из селитебной застройки. Размеры этой зоны в зависимости от метеорологических условий находятся в пределах 10...49 высот трубы.

Максимальная концентрация примесей в приземной зоне прямо пропорциональна производительности источника и обратно пропорциональна квадрату его высоты над землей. Подъем горячих струй почти полностью обусловлен подъемной силой газов, имеющих более высокую температуру, чем окружающий воздух. Повышение температуры и момента количества движения выбрасываемых газов приводит к увеличению подъемной силы и снижению их приземной концентрации.

Рис. 6.3. Распределение концентрации вредных веществ в

атмосфере у земной поверхности от организованного высокого

источника выбросов:

А - зона неорганизованного загрязнения; Б - зона переброса факела; В - зона задымления; Г - зона постепенного снижения уровня загрязнения

Распространение газообразных примесей и пылевых частиц диаметром менее 10 мкм, имеющих незначительную скорость осаждения, подчиняется общим закономерностям. Для более крупных частиц эта закономерность нарушается, так как скорость их осаждения под действием силы тяжести возрастает. Поскольку при очистке от пыли крупные частицы улавливаются, как правило, легче, чем мелкие, в выбросах остаются очень мелкие частицы; их рассеивание в атмосфере рассчитывают так же, как и газовые выбросы.

В зависимости от расположения и организации выбросов источники загрязнения воздушного пространства подразделяют на затененные и незатененные, линейные и точечные. Точечные источники используют тогда, когда удаляемые загрязнения сосредоточены в одном месте. К ним относят выбросные трубы, шахты, крышные вентиляторы и другие источники. Выделяющиеся из них вредные вещества при рассеивании не накладываются одно на другое на расстоянии двух высот здания (с заветренной стороны). Линейные источники имеют значительную протяженность в направлении, перпендикулярном к ветру. Это аэрационные фонари, открытые окна, близко расположенные вытяжные шахты и крышные вентиляторы.

Незатененные, или высокие источники свободно расположены в деформированном потоке ветра. К ним относят высокие трубы, а также точечные источники, удаляющие загрязнения на высоту, превышающую 2,5 Н зд. Затененные, или низкие источники расположены в зоне подпора или аэродинамической тени, образующейся на здании или за ним (в результате обдувания его ветром) на высоте h£, 2,5 Н зд.

Основным документом, регламентирующим расчет рассеивания и определения приземных концентраций выбросов промышленных предприятий, является «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий ОНД-86». Эта методика позволяет решать задачи по определению ПДВ при рассеивании через одиночную незатененную трубу, при выбросе через низкую затененную трубу и при выбросе через фонарь из условия обеспечения ПДК в приземном слое воздуха.

При определении ПДВ примеси от расчетного источника необходимо учитывать ее концентрацию с ф в атмосфере, обусловленную выбросами от других источников. Для случая рассеивания нагретых выбросов через одиночную незатененную трубу

где Н- высота трубы; Q - объем расходуемой газовоздушной смеси, выбрасываемой через трубу; ΔТ-разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха, равной средней температуре самого жаркого месяца в 13 ч; А - коэффициент, зависящий от температурного градиента атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредностей; k F - коэффициент, учитывающий скорость оседания взвешенных частиц выброса в атмосфере; m и n - безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья трубы.

Оборудование для очистки выбросов . В тех случаях, когда реальные выбросы превышают ПДВ, необходимо в системе выброса использовать аппараты для очистки газов от примесей.

Аппараты очистки вентиляционных и технологических выбросов в атмосферу делятся на: пылеуловители (сухие, электрические, фильтры, мокрые); туманоуловители (низкоскоростные и высокоскоростные); аппараты для улавливания паров и газов (абсорбционные, хемосорб-ционные, адсорбционные и нейтрализаторы); аппараты многоступенчатой очистки (уловители пыли и газов, уловители туманов и твердых примесей, многоступенчатые пылеуловители). Их работа характеризуется рядом параметров. Основными из них являются эффективность очистки, гидравлическое сопротивление и потребляемая мощность.

Эффективность очистки

где С вх и С вых -массовые концентрации примесей в газе до и после аппарата.

В ряде случаев для пылей используется понятие фракционной эффективности очистки

где С вх i и С вх i -массовые концентрации i-й фракции пыли до и после пылеуловителя.

Для оценки эффективности процесса очистки также используют коэффициент проскока веществ К через аппарат очистки:

Как следует из формул (6.4) и (6.5), коэффициент проскока и эффективность очистки связаны соотношением К= 1 - h|.

Гидравлическое сопротивление аппаратов очистки Δр определяют как разность давлений газового потока на входе аппарата р вх и выходе р вых из него. Значение Δр находят экспериментально или рассчитывают по формуле

где ς- коэффициент гидравлического сопротивления аппарата; ρ и W- плотность и скорость газа в расчетном сечении аппарата.

Если в процессе очистки гидравлическое сопротивление аппарата изменяется (обычно увеличивается), то необходимо регламентировать его начальное Δр нач и конечное значение Δр кон. При достижении Δр = Δр кон процесс очистки нужно прекратить и провести регенерацию (очистку) аппарата. Последнее обстоятельство имеет принципиальное значение для фильтров. Для фильтров Δркой = (2...5)Δр нач

Мощность N побудителя движения газов определяется гидравлическим сопротивлением и объемным расходом Q очищаемого газа

где k- коэффициент запаса мощности, обычно k= 1,1...1,15; h м - КПД передачи мощности от электродвигателя к вентилятору; обычно h м = 0,92...0,95; h а - КПД вентилятора; обычно h а = 0,65...0,8.

Широкое применение для очистки газов от частиц получили сухие пылеуловители - циклоны (рис. 6.4) различных типов. Газовый поток вводится в циклон через патрубок 2 по касательной к внутренней поверхности корпуса 1 и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру 4. Под действием центробежной силы частицы пыли образуют на стенке циклона пылевой слой, который вместе с частью газа попадает в бункер. Отделение частиц пыли от газа, попавшего в бункер, происходит при повороте газового потока в бункере на 180°. Освободившись от пыли, газовый поток образует вихрь и выходит из бункера, давая начало вихрю газа, покидающему циклон через выходную трубу 3. Для нормальной работы циклона необходима герметичность бункера. Если бункер негерметичен, то из-за подсоса дружного воздуха происходит вынос пыли с потоком через выходную трубу.

Многие задачи по очистке газов от пыли с успехом решаются цилиндрическими (ЦН-11 ЦН-15, ЦН-24, ЦП-2) и коническими (СК-Цц 34, СК-ЦН-34М и СДК-ЦН-33) циклонами НИИОГАЗа. Цилиндрические циклоны НИИО-ГАЗа предназначены для улавливания сухой пыли аспирационных систем. Их рекомендуется использовать для предварительной очистки газов и устанавливать перед фильтрами или электрофильтрами.

Конические циклоны НИИОГАЗа серии СК предназначенные для очистки газа от сажи, обладают повышенной эффективностью по сравнению с циклонами типа ЦН, что достигается за счет большего гидравлического сопротивления циклонов серии СК.

Для очистки больших масс газов применяют батарейные циклоны, состоящие из большого числа параллельно установленных циклонных элементов. Конструктивно они объединяются в один корпус и имеют общий подвод и отвод газа. Опыт эксплуатации батарейных циклонов показал, что эффективность очистки у таких циклонов несколько ниже эффективности отдельных элементов из-за перетока газов между циклонными элементами. Методика расчета циклонов приведена в работе .

Рис. 6.4. Схема циклона

Электрическая очистка (электрофильтры) - один из наиболее совершенных видов очистки газов от взвешенных в них частиц пыли и тумана. Этот процесс основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах. Для этого применяют электрофильтры.

Аэрозольные частицы, поступающие в зону между коронирующим 7 и осадительным 2 электродами (рис. 6.5), адсорбируют на своей поверхности ионы, приобретая электрический заряд, и получают тем самым ускорение, направленное в сторону электрода с зарядом противоположного знака. Процесс зарядки частиц зависит от подвижности ионов, траектории движения и времени пребывания частиц в зоне коронирующего заряда. Учитывая, что в воздухе и дымовых газах подвижность отрицательных ионов выше, чем положительных, электрофильтры обычно делают с короной отрицательной полярности. Время зарядки аэрозольных частиц невелико и измеряется долями секунды. Движение заряженных частиц к осадительному электроду происходит под действием аэродинамических сил и силы взаимодействия электрического поля и заряда частицы.

Рис. 6.5. Схема электрофильтра

Большое значение для процесса осаждения пьши на электродах имеет электрическое сопротивление слоев пыли. По величине электрического сопротивления различают:

1) пыли с малым удельным электрическим сопротивлением (< 10 4 Ом"см), которые при соприкосновении с электродом мгновенно теряют свой заряд и приобретают заряд, соответствующий знаку электрода, после чего между электродом и частицей возникает сила отталкивания, стремящаяся вернуть частицу в газовый поток; противодействует этой силе только сила адгезии, если она оказывается недостаточной, то резко снижается эффективность процесса очистки;

2) пыли с удельным электрическим сопротивлением от 10 4 до 10 10 Ом-см; они хорошо осаждаются на электродах и легко удаляются с них при встряхивании;

3) пыли с удельным электрическим сопротивлением более 10 10 Ом-см; они труднее всего улавливаются в электрофильтрах, так как на электродах частицы разряжаются медленно, что в значительной степени препятствует осаждению новых частиц.

В реальных условиях снижение удельного электрического сопротивления пыли можно осуществить увлажнением запыленного газа.

Определение эффективности очистки запыленного газа в электрофильтрах обычно проводят по формуле Дейча:

где W Э - скорость движения частицы в электрическом поле, м/с;

F уд -удельная поверхность осадительных электродов, равная отношению поверхности осадительных элементов к расходу очищаемых газов, м 2 с/м 3 . Из формулы (6.7) следует, что эффективность очистки газов зависит от показателя степени W э F уд:

W э F уд	3,0	3,7	3,9	4,6
η	0,95	0,975	0,98	0,99

Конструкцию электрофильтров определяют состав и свойства очи-щаемых газов, концентрация и свойства взвешенных частиц, параметры газового потока, требуемая эффективность очистки и т. д. В Лромышленности используют несколько типовых конструкций сухих и мокрых электрофильтров , применяемых для очистки технологических выбросов (рис. 6.6).

Эксплуатационные характеристики электрофильтров весьма чувст-ьительны к изменению равномерности поля скоростей на входе в фильтр. Для получения высокой эффективности очистки необходимо обеспечить равномерный подвод газа к электрофильтру путем правильной организации подводящего газового тракта и применения распределительных решеток во входной части электрофильтра

Рис. 6.7. Схема фильтра

Для тонкой очистки газов от частиц и капельной жидкости применяют различные фильтры. Процесс фильтрования состоит в задержании частиц примесей на пористых перегородках при движении через них дисперсных сред. Принципиальная схема процесса фильтрования в пористой перегородке показана на рис. 6.7. Фильтр представляет собой корпус 1, разделенный пористой перегородкой (фильтроэлементом) 2 на две полости. В фильтр поступают загрязненные газы, которые очищаются при прохождении фильтроэлемента. Частицы примесей оседают на входной части пористой перегородки и задерживаются в порах, образуя на поверхности перегородки слой 3. Для вновь поступающих частиц этот слой становится частью фильтровой перегородки, что увеличивает эффективность очистки фильтра и перепад давления на фильтроэлементе. Осаждение частиц на поверхности пор фильтроэлемента происходит в результате совокупного действия эффекта касания, а также диффузионного, инерционного и гравитационного.

Классификация фильтров основана на типе фильтровой перегородки, конструкции фильтра и его назначении, тонкости очистки и др.

По типу перегородки фильтры бывают: с зернистыми слоями (неподвижные, свободно насыпанные зернистые материалы, псевдо-ожиженные слои); с гибкими пористыми перегородками (ткани, войлоки, волокнистые маты, губчатая резина, пенополиуретан и др.); с полужесткими пористыми перегородками (вязаные и тканые сетки, прессованные спирали и стружка и др.); с жесткими пористыми перегородками (пористая керамика, пористые металлы и др.).

Наибольшее распространение в промышленности для сухой очистки газовых выбросов получили рукавные фильтры (рис. 6.8).

Аппараты мокрой очистки газов -мокрые пылеуловители - имеют широкое распространение, так как характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсных пылей с d ч > 0,3 мкм, а также возможностью очистки от пыли нагретых и взрывоопасных газов. Однако мокрые пылеуловители обладают рядом недостатков, ограничивающих область их применения: образование в процессе очистки шлама, что требует специальных систем для его переработки; вынос влаги в атмосферу и образование отложений в отводящих газоходах при охлаждении газов до температуры точки росы; необходимость Издания оборотных систем подачи воды в пылеуловитель.

Рис. 6.8. Рукавный фильтр:

1 - рукав; 2 - корпус; 3 - выходной патрубок;

4 - устройство для регенерации;

5- входной патрубок

Аппараты мокрой очистки работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность либо капель, либо пленки жидкости. Осаждение частиц пыли на жидкость происходит под действием сил инерции и броуновского движения.

Рис. 6.9. Схема скруббера Вентури

Среди аппаратов мокрой очистки с осаждением частиц пыли на Поверхность капель на практике более применимы скрубберы Вентури (рис. 6.9). Основная часть скруббера -сопло Вентури 2 В его конфузорную часть подводится запыленный поток газа и через центробежные форсунки 1 жидкость на орошение. В конфузорной части сопла происходит разгон газа от входной скорости (W τ = 15...20 м/с) до скорости в узком сечении сопла 30...200 м/с и более. Процесс осаждения пыли на капли жидкости обусловлен массой жидкости, развитой поверхностью капель и высокой относительной скоростью частиц жидкости и пыли в конфузорной части сопла. Эффективность очистки в значительной степени зависит от равномерности распределения жидкости по сечению конфузорной части сопла. В диффузорной части сопла поток тормозится до скорости 15...20 м/с и подается в каплеуловитель 3. Каплеуловитель обычно выполняют в виде прямоточного циклона.

Скрубберы Вентури обеспечивают высокую эффективность очистки аэрозолей при начальной концентрации примесей до 100 г/м 3 . Если удельный расход воды на орошение составляет 0,1...6,0 л/м 3 , то эффективность очистки равна:

d ч,мкм. …………… . η …………………….

0.70...0.90

5 0.90...0.98

0.94...0.99

Скрубберы Вентури широко используют в системах очистки газов от туманов. Эффективность очистки воздуха от тумана со средним размером частиц более 0,3 мкм достигает 0,999, что вполне сравнимо с высокоэффективными фильтрами.

К мокрым пылеуловителям относят барботажно-пенные пылеуловители с провальной (рис. 6.10, а) и переливной решетками (рис. 6.10, б). В таких аппаратах газ на очистку поступает под решетку 3, проходит через отверстия в решетке и, барботируя через слой жидкости и пены 2, очищается от пыли путем осаждения частиц на внутренней поверхности газовых пузырей. Режим работы аппаратов зависит от скорости подачи воздуха под решетку. При скорости до 1 м/с наблюдается барботажный режим работы аппарата. Дальнейший рост скорости газа в корпусе 1 аппарата до 2...2,5 м/с сопровождается возникновением пенного слоя над жидкостью, что приводит к повышению эффективности очистки газа и брызгоуноса из аппарата. Современные барботажно-пенные аппараты обеспечивают эффективность очистки газа от мелкодисперсной пыли ~ 0,95...0,96 при удельных расходах води 0,4...0,5 л/м. Практика эксплуатации этих аппаратов показывает, что они весьма чувствительны к неравномерности подачи газа под провальные решетки. Неравномерная подача газа приводит к местному сдуву пленки жидкости с решетки. Кроме того, решетки аппаратов склонны к засорению.

Pис. 6.10. Схема барботажно-пенного пылеуловителя с

провальной (а) и переливной (б) решетками

Для очистки воздуха от туманов кислот, щелочей, масел и других жидкостей используют волокнистые фильтры - туманоуловители. Принцип их действия основан на осаждении капель на поверхности пор с последующим отеканием жидкости по волокнам в нижнюю часть туманоуловителя. Осаждение капель жидкости происходит под действием броуновской диффузии или инерционного механизма отделения частиц загрязнителя от газовой фазы на фильтроэлементах в зависимости от скорости фильтрации W ф. Туманоуловители делят на низкоскоростные (W ф ≤д 0,15 м/с), в которых преобладает механизм диффузного осаждения капель, и высокоскоростные (W ф = 2...2,5 м/с), где осаждение происходит главным образом под воздействием инерционных сил.

Фильтрующий элемент низкоскоростного туманоуловителя показан на рис. 6.11. В пространство между двумя цилиндрами 3, изготовленными из сеток, помещают волокнистый фильтроэлемент 4, который крепится с помощью фланца 2 к корпусу туманоуловителя 7. Жидкость, осевшая на фильтроэлементе; стекает на нижний фланец 5 и через трубку гидрозатвора 6 и стакан 7 сливается из фильтра. Волокнистые низкоскоростные туманоуловители обеспечивают высокую эффективность очистки газа (до 0,999) от частиц размером менее 3 мкм и полностью улавливают частицы большего размера. Волокнистые слои формируются из стекловолокна диаметром 7...40 мкм. Толщина слоя составляет 5...15 см, гидравлическое сопротивление сухих фильтроэлементов -200...1000 Па.

Рис. 6.11. Схема фильтрующего элемента

низкоскоростного тума-ноуловителя

Высо коскоростные туманоуловители имеют меньшие размеры и обеспечивают эффективность очистки, равную 0,9...0,98 при Д/»= 1500...2000 Па, от тумана с частицами менее 3 мкм. В качестве фильтрующей набивки в таких туманоуловителях используют войлоки из полипропиленовых волокон, которые успешно работают в среде разбавленных и концентрированных кислот и щелочей.

В тех случаях, когда диаметры капель тумана составляют 0,6...0,7 мкм и менее, для достижения приемлемой эффективности очистки приходится увеличивать скорость фильтрации до 4,5...5 м/с, что приводит к заметному брызгоуносу с выходной стороны фильтроэлемента (брыз-гоунос обычно возникает при скоростях 1,7...2,5 м/с). Значительно уменьшить брызгоунос можно применением брызгоуловителей в конструкции туманоуловителя. Для улавливания жидких частиц размером более 5 мкм применяют брызгоуловители из пакетов сеток, где захват частиц жидкости происходит за счет эффектов касания и инерционных сил. Скорость фильтрации в брызгоуловителях не должна превышать 6 м/с.

На рис. 6.12 показана схема высокоскоростного волокнистого туманоуловителя с цилиндрическим фильтрующим элементом 3, который представляет собой перфорированный барабан с глухой крышкой. В барабане установлен грубоволокнистый войлок толщиной 3...5 мм. Вокруг барабана по его внешней стороне расположен брызгоуловитель 7, представляющий собой набор перфорированных плоских и гофрированных слоев винипластовых лент. Брызгоуловитель и фильтроэле-мент нижней частью установлены в слой жидкости

Рис. 6.12. Схема высокоскоростного туманоуловителя

Для очистки аспирационного воздуха ванн хромирования, содержащего туман и брызги хромовой и серной кислот, применяют волокнистые фильтры типа ФВГ-Т. В корпусе размещена кассета с фильтрующим материалом - иглопробивным войлоком, состоящим из волокон диаметром 70 мкм, толщиной слоя 4...5 мм.

Метод абсорбции - очистка газовых выбросов от газов и паров - основан на поглощении последних жидкостью. Для этого используют абсорберы. Решающим условием для применения метода абсорбции является растворимость паров или газов в абсорбенте. Так, для удаления из технологических выбросов аммиака, хлоро- или фтороводорода целесообразно применять в качестве абсорбента воду. Для высокоэффективного протекания процесса абсорбции необходимы специальные конструктивные решения. Они реализуются в виде насадочных башен (рис. 6.13), форсуночных барботажно-пенных и других скрубберов. Описание процесса очистки и расчет аппаратов приведены в работе .

Р и с. 6.13. Схема насадочной башни:

1 - насадка; 2 - разбрызгиватель

Работа хемосорберов основана на поглощении газов и паров жидкими или твердыми поглотителями с образованием малорастворимых или малолетучих химических соединений. Основными аппаратами для реализации процесса являются насадочные башни, барботажно-пенные аппараты, скрубберы Вен-тури и т. п. Хемосорбция - один из распространенных методов очистки отходящих газов от оксидов азота и паров кислот. Эффективность очистки от оксидов азота составляет 0,17...0,86 и от паров кислот - 0,95.

Метод адсорбции основан на способности некоторых тонкодисперсных твердых тел селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты газовой смеси. Для этого метода используют адсорбенты. В качестве адсорбентов, или поглотителей, применяют вещества, имеющие большую площадь поверхности на единицу массы. Так, удельная поверхность активированных углей достигает 10 5 …10 6 м 2 /кг. Их применяют для очистки газов от органических паров, удаления неприятных запахов и газообразных примесей, содержащихся в незначительных количествах в промышленных выбросах, а также летучих растворителей и целого ряда других газов. В качестве адсорбентов применяют также простые и комплексные оксиды (активированный глинозем, силикагель, активированный оксид алюминия, синтетические цеолиты или молекулярные сита), которые обладают большей селективной способностью, чем активированные угли.

Конструктивно адсорберы выполняют в виде емкостей, заполнений пористым адсорбентом, через который фильтруется поток очищаемого газа. Адсорберы применяют для очистки воздуха от паров Растворителей, эфира, ацетона, различных углеводородов и т. п.

Адсорберы нашли широкое применение в респираторах и противогазах. Патроны с адсорбентом следует использовать строго в соответствии с условием эксплуатации, указанным в паспорте респиратора или противогаза. Так, фильтрующий противогазовый респиратор РПГ-67 (ГОСТ 12.4.004-74) следует использовать в соответствии с рекомендациями, приведенными в табл. 6.2 и 6.3.

Министерство Образования Российской Федерации

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ИНЖЕНЕРНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Гуманитарный факультет

Кафедра современного естествознания и экологии

КОНТРОЛЬНАЯ работа по дисциплине

ПРИРОДООХРАННЫЕ СИСТЕМЫ И СООРУЖЕНИЯ

На тему: Защита атмосферы

Санкт-Петербург

Защита атмосферы

Для атмосферы характерна чрезвычайно высокая динамичность, обусловленная как быстрым перемещением воздушных масс в латеральном и вертикальном направлениях, так и высокими скоростями, разнообразием протекающих в ней физико-химических реакций. Атмосфера рассматривается как огромный «химический котел», который находится под воздействием многочисленных и изменчивых антропогенных и природных факторов. Газы и аэрозоли, выбрасываемые в атмосферу, характеризуются высокой реакционной способностью. Пыль и сажа, возникающие при сгорании топлива, лесных пожарах, сорбируют тяжелые металлы и радионуклиды и при осаждении на поверхность могут загрязнить обширные территории, проникнуть в организм человека через органы дыхания.

Загрязнением атмосферы считается прямое или косвенное введение в нее любого вещества в таком количестве, которое воздействует на качество и состав наружного воздуха, нанося вред людям, живой и неживой природе, экосистемам, строительным материалам, природным ресурсам – всей окружающей среде.

Очистка воздуха от примесей.

Для защиты атмосферы от негативного антропогенного воздействия используют следующие меры:

Экологизацию технологических процессов;

Очистку газовых выбросов от вредных примесей;

Рассеивание газовых выбросов в атмосфере;

Устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения.

Безотходная и малоотходная технология.

Экологизация технологических процессов – это создание замкнутых технологических циклов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных загрязняющих веществ.

Наиболее надежным и самым экономичным способом охраны биосферы от вредных газовых выбросов является переход к безотходному производству, или к безотходным технологиям. Термин «безотходная технология» впервые предложен академиком Н.Н. Семеновым. Под ним подразумевается создание оптимальных технологических систем с замкнутыми материальными и энергетическими потоками. Такое производство не должно иметь сточных вод, вредных выбросов в атмосферу и твердых отходов и не должно потреблять воду из природных водоемов. То есть понимают принцип организации и функционирования производств, при рациональном использовании всех компонентов сырья и энергии в замкнутом цикле: (первичные сырьевые ресурсы – производство – потребление – вторичные сырьевые ресурсы).

Конечно же, понятие «безотходное производство» имеет несколько условный характер; это идеальная модель производства, так как в реальных условиях нельзя полностью ликвидировать отходы и избавиться от влияния производства на окружающую среду. Точнее следует называть такие системы малоотходными, дающими минимальные выбросы, при которых ущерб природным экосистемам будет минимален. Малоотходная технология является промежуточной ступенью при создании безотходного производства.

В настоящее время определилось несколько основных направлений охраны биосферы, которые в конечном счете ведут к созданию безотходных технологий:

1) разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем, работающих по замкнутому циклу, позволяющих исключить образование основного количества отходов;

2) переработка отходов производства и потребления в качестве вторичного сырья;

3) создание территориально-промышленных комплексов с замкнутой структурой материальных потоков сырья и отходов внутри комплекса.

Важность экономного и рационального использования природных ресурсов не требует обоснований. В мире непрерывно растет потребность в сырье, производство которого обходится всё дороже. Будучи межотраслевой проблемой, разработка малоотходных и безотходных технологий и рациональное использования вторичных ресурсов требует принятия межотраслевых решений.

Разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем, работающих по замкнутому циклу, позволяющих исключить образование основного количества отходов, является основным направлением технического прогресса.

Очистка газовых выбросов от вредных примесей

Газовые выбросы классифицируются по организации отвода и контроля – на организованные и неорганизованные, по температуре на нагретые и холодные.

Организованный промышленный выброс – это выброс, поступающий в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды, трубы.

Неорганизованные называют промышленные выбросы, поступающие в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушения герметичности оборудования. Отсутствие или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки и хранения продукта.

Для снижения загрязнения атмосферы от промышленных выбросов используют системы очистки газов. Под очисткой газов понимают отделение от газа или превращение в безвредное состояние загрязняющего вещества, поступающего от промышленного источника.

Механическая очистка газов

Она включает сухие и мокрые методы.

Очистка газов в сухих механических пылеуловителях.

К сухим механическим пылеуловителям относятся аппараты, в которых использованы различные механизмы осаждения: гравитационный (пылеосадительная камера), инерционный (камеры, осаждение пыли в которых происходит в результате изменения направления движения газового потока или установки на его пути препятствия) и центробежный.

Гравитационное осаждение основано на осаждении взвешенных частиц под действием силы тяжести при движении запыленного газа с малой скоростью без изменения направления потока. Процесс проводят в отстойных газоходах и пылеосадительных камерах(рис.1). Для уменьшения высоты осаждения частиц в осадительных камерах установлено на расстоянии 40-100 мм множество горизонтальных полок, разбивающих газовый поток на плоские струи. Гравитационное осаждение действенно лишь для крупных частиц диаметром более 50-100 мкм, причем степень очистки составляет не выше 40-50%. Метод пригоден лишь для предварительной, грубой очистки газов.

Пылеосадительные камеры (рис. 1 ). Осаждение взвешенных в газовом потоке частиц в пылеосадительных камерах происходит под действием сил тяжести. Простейшими конструкциями аппаратов этого типа являются отстойные газоходы, снабжаемые иногда вертикальными перегородками для лучшего осаждения твердых частиц. Для очистки горячих печных газов широко применяют многополочные пылеосадительные камеры.Пылеосадительная камера состоит: 1 - входной патрубок; 2 - выходной патрубок; 3 - корпус; 4 - бункер взвешенных частиц.

Инерционное осаждение основано на стремлении взвешенных частиц сохранять первоначальное направление движения при изменении направления газового потока. Среди инерционных аппаратов наиболее часто применяют жалюзийные пылеуловители с большим числом щелей (жалюзи). Газы обеспыливаются, выходя через щели и меняя при этом направление движения, скорость газа на входе в аппарат составляет 10-15 м/с. Гидравлическое сопротивление аппарата 100 - 400 Па (10 - 40 мм вод. ст.). Частицы пыли с d < 20 мкм в жалюзийных аппаратах не улавливаются. Степень очистки в зависимости от дисперсности частиц составляет 20-70%. Инерционный метод можно применять лишь для грубой очистки газа. Помимо малой эффективности недостаток этого метода - быстрое истирание или забивание щелей.

Данные аппараты отличаются простотой изготовления и эксплуатации, их достаточно широко используют в промышленности. Но эффективность улавливания не всегда достаточна.

Центробежные методы очистки газов основаны на действии центробежной силы, возникающей при вращении очищаемого газового потока в очистном аппарате или при вращении частей самого аппарата. В качестве центробежных аппаратов пылеочистки применяют циклоны (рис.2) различных типов: батарейные циклоны, вращающиеся пылеуловители (ротоклоны) и др. Циклоны наиболее часто применяют в промышленности для осаждения твердых аэрозолей. Циклоны характеризуются высокой производительностью по газу, простотой устройства, надежностью в работе. Степень очистки от пыли зависит от размеров частиц. Для циклонов высокой производительности, в частности батарейных циклонов (производительностью более 20000 м 3 /ч), степень очистки составляет около 90% при диаметре частиц d > 30 мкм. Для частиц с d = 5-30 мкм степень очистки снижается до 80%, а при d == 2-5 мкм она составляет менее 40%.

Рис. 2 Рис. 3

На рис. 2 воздух вводится тангенциально во входной патрубок (4) циклона, представляющую собой закручивающий аппарат. Сформировавшийся здесь вращающийся поток опускается по кольцевому пространству, образованному цилиндрической частью циклона (3) и выхлопной трубой (5), в его конусную часть (2), а затем, продолжая вращаться, выходит из циклона через выхлопную трубу. (1) - пылевыпускное устройство.Аэродинамические силы искривляют траекторию частиц. При вращательно-нисходящем движении запыленного потока пылевые частицы достигают внутренней поверхности цилиндра, отделяются от потока. Под влиянием силы тяжести и увлекающего действия потока отделившиеся частицы опускаются и через пылевыпускное отверстие проходят в бункер.Более высокая степень очистки воздуха от пыли по сравнению с сухим циклоном может быть получена в пылеуловителях мокрого типа (рис.3), в которых пыль улавливается в результате контакта частиц со смачивающей жидкостью. Этот контакт может осуществляться на смоченных стенках, обтекаемых воздухом, на каплях или на свободной поверхности воды.

Вредные примеси в отходящих газах могут быть представлены либо в виде аэрозолей, либо в газообразном или парообразном состоянии. В первом случае задача очистки состоит в извлечении содержащихся в промышленных газах взвешенных твердых и жидких примесей – пыли, дыма, капелек тумана и брызг. Во втором случае – нейтрализация газо- и парообразных примесей.

Очистка от аэрозолей осуществляется применением электрофильтров, методов фильтрации через различные пористые материалы, гравитационной или инерционной сепарации, способами мокрой очистки.

Очистка выбросов от газо- и парообразных примесей осуществляется ме­тодами адсорбции, абсорбции и химическими методами. Основное достоинство химических методов очистки - высокая степень очищения.

Основные способы очистки выбросов в атмосферу:

Обезвреживание выбросов путем перевода токсичных примесей, содержащихся в газовом потоке в менее токсичные или даже безвредные вещества – это химический способ.

Поглощение вредных газов и частиц всей массой специального вещества, называемого абсорбентом. Обычно газы поглощаются жидкостью, большей частью водой или соответствующими растворами. Для этого используют прогонку через пылеуловитель, действующий по принципу мокрой очистки, или применяют распыление воды на мелкие капли в так называемых скрубберах, где вода, распыляясь на капли и, осаждаясь, поглощает газы.

Очистка газов адсорбентами – телами с большой внутренней или наружной поверхностью. К ним относятся различные марки активных углей, силикагель, алюмогель.

Для очистки газового потока применяются окислительные процессы, а также процессы каталитического превращения.

Для очистки газов и воздуха от пыли применяются электрофильтры. Они представляют собой полую камеру, внутри которой расположены системы электродов. Электрическим полем притягиваются мелкие частицы пыли и сажи, а также ионы, загрязняющего вещества.

Сочетание различных способов очистки воздуха от загрязнений позволяет достигать эффекта очистки промышленных газообразных и твердых выбросов.

Гравитационные пылеулавливатели (рис. 6.1) являются наиболее простыми и дешевыми очистительными устройствами. Запыленный воздух подается через входной патрубок 1 , встретив на своем пути преграды 2 , уменьшает скорость. Частицы пыли в результате уменьшения скорости и под действием своего веса оседают в бункере 3 , а очищенный воздух выходит через патрубок 4 в атмосферу.

1 – входной патрубок; 2 – преграды; 3 – бункер; 4 – выходной патрубок

Рисунок 6.1 – Общая схема гравитационного пылеулавливателя

Гравитационные камеры применяют для оседания лишь крупной пыли. Частицы пыли меньше 10 мкм практически не оседают в этих камерах, а в интервале размера фракций 10 - 100 мкм эффективность оседания не превышает 40 %.

Скорость оседания крупных частиц пыли можно определить по формуле:

, м/с,

где r чп , r п – плотность соответственно материала частиц пыли и воздуха, мг/м 3 ;

k – коэффициент, который зависит от формы частиц, при квадратном поперечном сечении k = 1,1, при прямоугольном – 0,9;

h – толщина частиц, мм.

За время пребывания частицы в камере должно состояться ее оседание:

где t – время пребывания частицы пыли в камере, сек ;

H 0 – высота оседания, м.

Длина гравитационной камеры с учетом фактической скорости движения запыленного воздуха должна быть не меньше длины, которая рассчитывается по формуле:

,

где d – диаметр частицы, мкм .

Инерционные пылеулавливатели (рис. 6.2) приобрели широкое применение под названием циклоны. На практике хорошо себя зарекомендовали цилиндровые (ЦН-П, ЦН-15, ЦН-24, ЦН-2) и конические (СК-ЦН-34, СК-СН-34-М, СДК-ЦН-33) циклоны. Принцип работы их такой. Поток запыленного воздуха вводится в циклон через входной патрубок 1 по касательной к внутренней поверхности корпуса, что предопределяет возвратно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру 3 . Под действием центробежной силы частицы пыли на стенке циклона образуют пылевой слой, который вместе с частью воздуха попадает в бункер.

1 – входной патрубок; 2 – верхнее отверстие; 3 – бункер

Рисунок 6.2 – Общая схема циклона

Величину центробежной силы определяют по формуле:

, Н ,

где А – постоянный безразмерный коэффициент;

r r – плотность частиц, мг/м 3 ;

d – диаметр частиц, мкм ;

V m – тангенциальная составляющая скорости движения частиц, м/с ;

r – радиус частиц, мкм ;

R – радиус циклона, м ;

п – постоянная, которая зависит от радиуса циклона и рабочей температуры;

Н ц – высота циклона, м .

Отделение частиц пыли от воздуха происходит при повороте воздушного потока в бункере на 180°. Освободившись от пыли, воздушный поток образует вихрь и выходит из бункера, давая начало выхода воздуха, который оставляет циклон через верхние отверстия 2.

Для нормальной работы циклона необходима герметичность бункера. В другом случае пыль с потоком воздуха будет выходить через верхние исходные отверстия (каналы). Для всех циклонов бункера должны иметь цилиндровую форму диаметром, который равняется 1,5D - для цилиндровых, и (1,1 - 1,2)D - для конических циклонов (D - внутренний диаметр циклона). Высота цилиндровой части бункера составляет 0,8D .

Для очистки значительных масс воздуха применяют батарейные циклоны БЦ-2; ЦРБ-150У и др.

Батарейные циклоны состоят из нескольких циклонных элементов малого диаметра, объединенных в одном корпусе, которые имеют общий подвод воздуха, а также общий бункер-собиратель.

Очистка воздуха в батарейных циклонах основана на использовании центробежных сил.

Коэффициент полезного действия циклонов зависит от концентрации и размеров частиц пыли. Средняя эффективность о чистки воздуха составляет 98 % при размере частиц 30 - 40 мкм , 80 % - при 10 мкм и 60 % - при 4 - 5 мкм .

Значительное распространение на предприятиях получают ротационные, противопотоковые ротационные и радиальные пылеулавливатели.

Хорошо себя зарекомендовали на предприятиях тканевые пылеулавливатели (рис. 6.3), применяются для средней и тонкой одноступенчатой очистки воздуха от мелкой сухой пыли (при начальной запыленности более 200 мг/м 3 ). При очень большой запыленности воздуха (более 5000 мг/м 3 ) тканевые пылеулавливатели используют как вторичные степени очистки.

Тканевый пылеулавливатель состоит из разборного металлического корпуса 5 , разделенного на несколько вертикальных перегородок. В каждой секции располагаются цилиндровые рукава-фильтры 6 из вельвета, фланели или сукна. Тканевые фильтры характеризуются высокой эффективностью очистки воздуха от пороха (98 % и выше).

Принцип работы тканевого пылеулавливателя такой. Запыленный воздух попадает воздуховодом 1 в воздухораспределительную коробку бункера 7 , откуда поступает в рукава 6 . Пройдя фильтрацию, воздух подается в межрукавное пространство, а затем в коллектор 4 . Пыль оседает на внутренней поверхности рукавов, откуда удаляется с помощью струшивающего механизма 3 или продувается потоком воздуха от специального вентилятора через канал 2 . Пыль из рукавов попадает в бункер 7 , откуда с помощью шнека 8 транспортируется за пределы циклона.

Одним из наилучших видов очистки воздуха от пыли и тумана является электрическая очистка . Этот процесс очистки построен на ударной ионизации воздуха в зоне коронирующего разряда, передачи заряда ионов частицами пыли, оседании их на осаждающих и коронирующих электродах электрических пылеулавливателей (рис. 6.4).

Электрические пылеулавливатели нашли широкое применение для очистки воздуха от очень мелких частиц пыли размером 0,01 мкм и меньше. Они разделяются на одноступенчатые и двухступенчатые. Питаются постоянным током высокого напряжения - 60 - 100 кВ.

В состав электрического пылеулавливателя входят: входной патрубок 1 , осаждающий 2 и коронирующий 3 электроды, изолятор 4 , исходящий патрубок 5 и бункер 6.

Основными силами, которые предопределяют движение частиц пыли к осаждающему электроду, являются: аэродинамические силы, силы притяжения и силы давления электрического "ветра".

Следовательно, при подаче запыленного воздуха через входной патрубок 1 происходит заряжение частиц пыли, которые двигаются к осаждающему электроду 2 под воздействием аэродинамических и электрических сил, а положительно заряженные частицы пыли оседают на негативном коронирующем электроде 3 . Поскольку объем внешней зоны коронирующего разряда намного превышает объем внутренней, то большинство частиц пыли заряжается отрицательно. Поэтому основная масса пыли оседает на положительном электроде (стенках корпуса пылеулавливателя), а лишь относительно незначительная - на отрицательном коронирующем электроде. При этом особое значение приобретает электрическое сопротивление слоев пыли.

Пыль с малым удельным электрическим сопротивлением (р < 104 Ом∙см 3 ) при прикосновении к электродам мгновенно теряет свой заряд и приобретает заряд, который отвечает знаку электрода; после чего между электродом и частицами пыли возникает сила отталкивания. Этой силе противодействует лишь сила адгезии, но если она недостаточна, то резко уменьшается эффективность очистки. Пыль со значительным электрическим сопротивлением тяжелее улавливается в электрофильтрах, поскольку разрядка частиц пороха проходит медленно. Поэтому в реальных условиях с целью снижения электрического сопротивления этих частиц увлажняют запорошенный воздух перед подачей, его в фильтр, увеличив, таким образом, эффективность очистки. Именно поэтому в промышленности используют несколько типичных конструкций сухих и мокрых пылеулавливателей. Электроды сухих пылеулавливателей периодически очищают струшивающими механизмами, а мокрых – подогреванием водяным паром.

Инженерная практика удостоверяет, что существующие пылеочистительные устройства не всегда обеспечивают необходимую очистку воздуха от пыли. Известно, что чем меньше частицы пыли, тем тяжелее их улавливать, а оседание частиц размером меньше 1 мкм становится практически невозможным. Поэтому в промышленности часто применяют метод акустической коагуляции, который базируется на увеличении размеров и массы частиц пороха под действием ультразвуковых колебаний.

На рис. 6.5 приведена схема форсуночного скруббера , который является разновидностью скруббера Вентури. Принцип работы его заключается в следующем. Воздушный поток по патрубку 3 подается на зеркало воды, где оседают самые крупные частицы пыли. Мелкодисперсная пыль, распределяясь по всему сечению корпуса 1 , поднимается вверх навстречу потоку капель, который подается в скруббер через форсуночные пояса 2 . Эффективность очистки в форсуночных скрубберах невысокая (0,6 - 0,7).

Центробежные скрубберы батарейного типа (рис. 6.6) применяют для мокрой очистки нетоксичных и невзрывоопасных воздушных потоков от пыли. Принцип работы таких пылеулавливателей заключается в следующем.

При подаче запыленного воздуха через входной патрубок 5 частицы пыли откидываются на пленку жидкости 2 центробежными силами, которые возникают при вращении воздушного потока в скрубберы за счет тангенциального размещения входного патрубка. Пленка жидкости толщиной не меньше 0,3 мм образуется подачей воды через сопло 1 и непрерывно стекает вниз, затягивая частицы пыли в бункер 4 . Эффективность очистки воздуха в таких скрубберах зависит от диаметра их корпуса, скорости воздуха во входном патрубке и дисперсности пыли.

На предприятиях находят применение пять основных методов очищения атмосферного воздуха от паров растворителей, разбавителей (ацетона, бензола, ксилола толуола, формальдегида, аммиака и тому подобное), газов и других вредных веществ, а именно: абсорбция; адсорбция; хемосорбция; термическая нейтрализация; каталитическое обезвреживание и тому подобное.

Абсорбцию часто называют в технике скрубберным процессом очистки. Принцип этого метода заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части поглощения одного или нескольких газовых компонентов (абсорбентов) этой смеси жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора. Разрушающей силой при этом является ингредиент концентрации на границе фаз "газ-жидкость". Растворенный в жидкости абсорбент в результате диффузии, проникает во внутренние слои абсорбента. Данный процесс определяется величиной поверхности разделения фаз, турбулентностью потоков и коэффициентом диффузии. Главным условием при выборе абсорбента является растворимость в нем добытого компонента и ее зависимость от температуры и давления.

Так, например, для удаления из технологических выбросов аммиака, хлористого или фтористого водорода как поглотительную жидкость применяют воду, реже – серную кислоту или вязкое масло и др.

На рис. 6.7 приведена схема абсорбера. В абсорбер через патрубок 1 поступает загазованный воздух с максимальным парциальным давлением, проходит через слой жидкости 5 (в виде пузырьков) и выходит через патрубок 3 с минимальным парциальным давлением. Поглощающая жидкость против потока поступает в аппарат через разбрызгиватель 4 и выходит через патрубок 7 . Процесс абсорбции является гетерогенным, который протекает на границе "газ-жидкость", поэтому для его ускорения применяют разные устройства, которые увеличивают площадь контактного газа с жидкостью.

Для повышения эффективности, очистки воздуха от паров растворителей, разбавителей и газов применяют химические поглотители в виде водных растворов электролитов (кислот, солей, щелочей и тому подобное). Например, для очистки воздуха от диоксида серы как поглотителя (нейтрализатора) применяют раствор щелочи, в результате реакции получают соль:

SO 2 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + H 2 O.

Каталитическая очистка. Для снижения токсичности двигателей внутреннего сгорания в транспортных средствах применяют нейтрализаторы выхлопных газов (рис. 6.8). Нейтрализатор - это дополнительное устройство, что вводится в выпускную систему двигателя для снижения токсичности выхлопных газов.

1 – входящий патрубок; 2 – патрубок для подачи жидкости;
3 – выходной патрубок; 4 – разбрызгиватель жидкости (поглотителя);
5 – поглотитель; 6 –опорная решетка; 7 – патрубок для отвода жидкости

Рисунок 6.7 –Схема абсорбера для очищения атмосферного воздуха от газов и легких компонентов лакокрасочных материалов

а – каталитический реактор: 1 – рекуператор; 2 – контактный пристрой;
3 – катализатор; 4 – зажигатель; 5 – подогреватель; б – установка для очищения воздуха от паров формальдегида: 1 – шеститарелочная колонка; 2 – измеритель аммиака, 3 – реактор; 4 – емкость; 5 – насос; 6 – сборник; 7 – вентилятор

Рисунок 6.8 –Схема установок для превращения токсичных компонентов
промышленных отходов в невредные вещества

В инженерной практике наиболее распространенными являются каталитические нейтрализаторы. Работа таких нейтрализаторов заключается в глубоком (90 %) окислении окиси углерода и углеводородов в широком интервале температур (250 - 800 °С) в присутствии влаги, соединений серы и свинца.

В нейтрализаторах используют, как правило, платиновые катализаторы, которые ускоряют различные реакции. Катализаторы такого типа характеризуются низкими температурами на начальной стадии эффективной работы, высокой температуростойкостью, долговечностью при высоких скоростях газового потока. Однако нейтрализаторы с платиновыми катализаторами являются достаточно дорогими. Поэтому в современных нейтрализаторах используют больше дешевые катализаторы, изготовленные из соединений Fe 2 O 3 , Со 3 О 4 , Сг 2 О 3 или МnО 2 . Такие нейтрализаторы работают в условиях больших температурных перепадов, вибрационных нагрузок и агрессивной среды.

На рис. 6.9 приведена схема каталитического нейтрализатора для автомобиля с дизельным двигателем внутреннего сгорания. Конструкция нейтрализатора имеет вид "трубы в трубе". Реактор состоит из внешней и внутренней перфорированных решеток, между которыми размещен слой гранулированного катализатора.

По характеру химических реакций нейтрализаторы такого типа делятся на: окислительные (воспламеняющиеся), обновительные, трехкомпонентные (бифункциональные).

1 – корпус; 2 – реактор; 3 – решетка; 4 – теплоизоляция; 5 – катализатор;
6 – фланец

Рисунок 6.9 – Схема каталитического нейтрализатора

Контрольные вопросы

1. Характеристика атмосферы (состав, строение, значение).

2. Источники загрязнения атмосферы и основные загрязняющие вещества.

3. Последствия загрязнения атмосферы (смог, кислотный дождь, парниковый эффект, разрушение озонового слоя).

4. Законодательная защита атмосферы.

5. Архитектурно-планировочные мероприятия по защите атмосферы.

6. Технологические и санитарно-технические мероприятия по охране атмосферы.

7. Основные способы и средства очистки выбросов в атмосферу.

8. Адсорбция и очистка выбросов в скрубберах.

Лекция 7. ЗАЩИТА ГИДРОСФЕРЫ

7.1 Характеристика гидросферы

7.1.1 Состояние водных ресурсов

7.1.2 Свойства воды, как лимитирующего фактора в экосистеме

7.2 Значение гидросферы

7.3 Источники и виды загрязнений водных ресурсов. Промышленные загрязнения

7.4 Последствия загрязнения гидросферы

7.5 Методы очистки гидросферы

7.5.1 Самоочищение морей и океанов

7.5.2 Очистка бытовых сточных вод

7.5.3 Очистка промышленных сточных вод

7.6 Выбор некоторых технических и технологических средств защиты гидросферы от промышленных загрязнений

7.7 Государственный мониторинг водных объектов и стандартизация в области охраны

Ключевые понятия и слова : гидросфера; эндогенные воды; фотолиз воды; осмотическое давление; круговорот воды в природе; флотация; биофильтр

7.1 Характеристика гидросферы

Вода – одно из самых удивительных веществ на нашей планете. Мы можем видеть её в твёрдом (снег, лёд), жидком (реки, моря) и газообразном (пары воды в атмосфере) состояниях. Вся живая природа не может обойтись без воды, которая присутствует во всех процессах обмена веществ. Все вещества, поглощаемые растениями из почвы, поступают в них только в растворённом состоянии. Чистой воды в природе нет. Но в экспериментальных условиях чистая вода легко перегревается и переохлаждается, при атмосферном давлении достигнуты температуры +200 и –33 о С.

Вообще вода – инертный универсальный растворитель, то есть растворитель, который не изменяется под воздействием веществ, которые растворяет. Как растворитель вода – диполь – с высоким моментом (1,87), под действием которого межатомные и межмолекулярные силы на поверхности тел, погруженных в воду, ослабевают в 80 раз. Это самый высокий показатель из всех известных соединений, который делает воду самым уникальным растворителем. Например: выпивая стакан воды в день, мы потребляем 0,1г стекла в течение жизни.

Именно в воде когда-то зародилась жизнь на нашей планете. Благодаря мировому океану происходит терморегуляция на нашей планете. Без воды не может жить человек. Наконец, в современном мире вода – один из важнейших факторов, определяющих размещение производственных сил, а очень часто и средств производства. Министерство обороны Англии разработало доктрину, согласно которой в ближайшей перспективе доступ к чистой питьевой воде может стать причиной вооруженных конфликтов.

Гидросфера – водная оболочка Земли, которая вращается вместе с Землёй и представляет собой совокупность океанов, морей, озер, рек, ледяных образований, подземных и атмосферных вод . Гидросфера объединяет все свободные воды, которые могут передвигаться под влиянием солнечной энергии и сил гравитации, переходить из одного состояния в другое. Воды земли находятся в непрерывном движении

7.1.1 Состояние водных ресурсов (по материалам 3 Всемирного водного форума, Киото, март 2003:

Общие запасы воды на Земле составляют около 1400 млн. км 3 . Из этого общего количества 97,5% приходится на соленую воду Мирового океана.

Пригодной для использования человеком является чуть более 2% всей воды, или около 28млн. км 3 . Из этой воды около: 69% приходится на воду в виде снега и льда Антарктики, Арктики и Гренландии; 30% приходится на подземные воды; 0,12% на поверхностные воды рек и озёр.

Пригодной для непосредственного использования приходится 9000 км 3 .

Потребляется 4000 км 3 .

Приток материковых вод в Мировой океан (ежегодно возобновляемые водные ресурсы) составляет 45 тыс. км 3 .

Географическое распределение потребления воды :

- Азия: 55% всей воды.

- Северная Америка: 19%.

- Европа: 9,2%.

- Африка: 4,7%.

- Южная Америка: 3,3%.

- Остальной мир: 8,8%.

По секторам : Сельское хозяйство – 70%, промышленность – 22%, домашнее хозяйство – 8%.

Потребление воды в день на одного человека (с учетом всех секторов хозяйства):

600л в Северной Америки и Японии;

250 – 350л в Европе;

10 –20л в странах около Сахары.

Среднемировой годовой забор воды из рек и подземных источников составляет 600м 3 на человека, из которых 50м 3 представляет питьевая вода или 137 л на человека в день.

Итак, важность воды и гидросферы – водной оболочки Земли, невозможно переоценить. Именно сейчас, когда темпы роста водопотребления огромны, когда некоторые страны уже испытывают острый дефицит пресной воды, особенно остро стоит вопрос снижения загрязнения пресной воды.