Якість атмосфери і особливості її забруднення;
Основні хімічні домішки, що забруднюють атмосферу.
III. Методи і засоби захисту атмосфери:
Основні методи захисту атмосфери від хімічних домішок;
Класифікація систем очищення повітря і їх параметри.
IV. Список літератури
I. Будова і склад атмосфери
Атмосфера - це газоподібна оболонка Землі, що складається з суміші різних газів і тягнеться на висоту понад 100 км. Вона має шарувату будову, яке включає ряд сфер і розташований-ні між ними паузи. Маса атмосфери становить 5,91015 т, об'єк-му - 13,2-1020 м3. Атмосфера відіграє величезну роль у всіх природ-них процесах і, в першу чергу, регулює тепловий режим і загальні кліматичні умови, а також захищає людство від шкідливого космічного випромінювання.
Основними газовими компонентами атмосфери є азот (78%), кисень (21%), аргон (0,9%) і вуглекислий газ (0,03%). Газовий склад атмосфери змінюється з висотою. В при-земному шарі через антропогенних впливів кількість вугле-кислого газу зростає, а кисню знижується. В окремих ре-Гіоня в результаті господарської діяльності в атмосфері збіль-личивается кількість метану, оксидів азоту та інших газів, що викликають такі несприятливі явища, як парниковий ефект, руйнування озонового шару, кислотні дощі, смог.
Циркуляція атмосфери впливає на режим річок, грунтово-рослинний покрив, а також екзогенні процеси рельєфоутворення. І, нарешті, повітря - необхідна умова життя на Землі.
Найбільш щільний шар повітря, що прилягає до земної по-поверхні, носить назву тропосфери. Товщина її становить: на середніх широтах 10-12 км, над рівнем моря і на полюсах 1-10 км, а на екваторі 16-18 км.
З огляду на нерівномірність нагрівання сонячною енергією в атмо-сфері утворюються потужні вертикальні потоки повітря, а в приземному шарі відзначається нестійкість його температури, відноси-котельної вологості, тиску і т.п. Але при цьому температура в тропосфері по висоті є стабільною і зменшується на 0,6 ° С на кожні 100 м в діапазоні від +40 до -50 ° С. У тропосфері міститься до 80% всієї вологи, наявної в атмосфері, в ній про-роззуються хмари і формуються всі види опадів, які за своєю суттю є очисниками повітря від домішок.
Вище тропосфери розташована стратосфера, а між ними на-ходиться тропопауза. Товщина стратосфери становить близько 40 км, повітря в ній заряджений, вологість його невисока, при цьому темпера-туру повітря від кордону тропосфери до висоти 30 км над рів-нем моря постійна (близько -50 ° С), а потім вона поступово по-підвищується до + 10 ° С на висоті 50 км. Під впливом космічний-ського випромінювання і короткохвильової частини ультрафіолетового випромінювання Сонця молекули газів в стратосфері ионизируются, в результаті утворюється озон. Озоновий шар, наявний до 40 км, відіграє дуже велику роль, оберігаючи все живе на Землі від ультрафіолетових променів.
Стратопауза відокремлює стратосферу від лежачої вище мезосфери, в якій кількість озону зменшується, а температура на висоті приблизно 80 км над рівнем моря становить -70 ° С. Рез-кий перепад температур між стратосферой і мезосферою об'єк-ясняется наявністю озонового шару.
II. Забруднення атмосфери
1) Якість атмосфери і особливості її забруднення
Під якістю атмосфери розуміють сукупність її властивостей, що визначають ступінь впливу фізичних, хі-чеських і біологічних факторів на людей, рослинний і жи-Вотня світ, а також на матеріали, конструкції і навколишнє середовище в цілому. Якість атмосфери залежить від її забрудненості, причому самі забруднення можуть потрапляти в неї від природних і ан-тропогенних джерел. З розвитком цивілізації в забрудненні атмосфери все більше і більше превалюють антропогенні ис-гасити розташоване поблизу.
Залежно від форми матерії забруднення поділяють на речові (інгредіентному), енергетичні (параметричні) і матеріально-енергетичні. До перших відносять механічні, хімічні та біологічні забруднення, які зазвичай об'єднують загальним поняттям «домішки», до других - теплові, акустичні, електромагнітні та іонізуючі випромінювання, а також випромінювання оптичного діапазону; до третіх - радіонукліди.
У глобальному масштабі найбільшу небезпеку становить забруднення атмосфери домішками, так як повітря виступає посередником забруднення всіх інших об'єк-тів природи, сприяючи поширенню великих мас забруднення на значні відстані. Промисловими ви-кинути, які переносяться по повітрю, забруднюється Світовий океан, закісляется грунт і вода, змінюється клімат і руйнується озоновий шар.
Під забрудненням атмосфери розуміють привнесення в неї домішок, які не містяться в природному повітрі або изменя-ють співвідношення між інгредієнтами природного складу повітря.
Чисельність населення Землі і темпи його зростання є предопределяющими факторами підвищення інтенсивності за-бруднення всіх геосфер Землі, в тому числі і атмосфери, так як з їх збільшенням зростають обсяги і темпи всього того, що видобувається, виробляється, споживається і відправляється у відходи. Найбільше забруднення атмосфери спостерігається в містах, де звичайні забруднювачі - це пил, сірчистий газ, оксид вуглецю, діоксид азоту, сірководень і ін. В деяких містах у зв'язку з особливостями промислового виробництва в повітрі містяться специфічні шкідливі речовини, такі, як сірчана і соляна кислота , стирол, бенз (а) пірен, сажа, марганець, хром, свинець, метилметакрилат. Всього в містах налічується кілька сотень різних забруднювачів повітря.
Особливу тривогу викликають забруднення атмосфери новостворюваними речовинами і сполуками. ВООЗ зазначає, що з 105 відомих елементів таблиці Менделєєва 90 використовуються у виробничій практиці, а на їх базі отримано понад 500 нових хімічних сполук, майже 10% з яких шкідливі або особливо шкідливі.
2) Основні хімічні домішки,
Розрізняють природні домішки, тобто обумовлені природними процесами, і антропогенні, тобто метушні-кається в результаті господарської діяльності людства (рис. 1). Рівень забруднення атмосфери домішками від естест-ських джерел є фоновим і має малі відхилення від середнього рівня в часі.
Мал. 1. Схема процесів викидів речовин в атмосферу і трансформації
вихідних речовин в продукти з подальшим випаданням у вигляді опадів
Антропогенні забруднення відрізняються різноманіттям ві-дов домішок і численністю джерел їхнього викиду. Найбільш стійкі зони з підвищеними концентраціями забруднень виникають в місцях активної життєдіяльності людино. Встановлено, що кожні 10-12 років обсяг світового про- промислово виробництва подвоюється, а це супроводжується приблизно таким же зростанням обсягу викидаються забруднень в навколишнє середовище. По ряду забруднень темпи зростання їх викидами-сов значно вище середніх. До таких належать аерозолі важких і рідкісних металів, синтетичні сполуки, які не суще-ствующие і не утворюються в природі, радіоактивні, бакте-ріологіческіе і інші забруднення.
Домішки надходять в атмосферу у вигляді газів, парів, рідких і твердих частинок. Гази і пари утворюють з повітрям суміші, а жид-кі і тверді частинки - аерозолі (дисперсні системи), які поділяють на пил (розміри частинок більше 1 мкм), дим (розміри твердих частинок менше 1 мкм) і туман (розмір рідких частинок менше 10 мкм). Пил, в свою чергу, може бути крупнодісперс-ної (розмір часток більше 50 мкм), Середньодисперсні (50-10 мкм) і дрібнодисперсного (менше 10 мкм). Залежно від розміру рідкі частинки поділяються на супертонкий туман (до 0,5 мкм), тонкодисперсний туман (0,5-3,0 мкм), грубодисперсними туман (3-10 мкм) і бризки (понад 10 мкм). Аерозолі частіше полідисперсні, тобто містять частинки різному-го розміру.
Основними хімічними домішками, забруднюючими атмо-сферу, є наступні: оксид вуглецю (СО), діоксид вуглецю (СО2), діоксид сірки (SO2), оксиди азоту, озон, вуглеводні, сполуки свинцю, фреони, промислові пилу.
Основними джерелами антропогенних аерозольних загряз-нений повітря є теплоелектростанції (ТЕС), споживаю-щие вугілля високої зольності, збагачувальні фабрики, метал-лургіческіе, цементні, магнезитові і інші заводи. Аеро-зольні частки від цих джерел відрізняються великою хімічною різноманітністю. Найчастіше в їхньому складі виявляючи-ються сполуки кремнію, кальцію і вуглецю, рідше - оксиди ме-Таллі: заліза, магнію, марганцю, цинку, міді, нікелю, свинцю, сурми, вісмуту, селену, миш'яку, берилію, кадмію, хрому, ко-Бальта, молібдену, а також азбест. Ще більша розмаїтість властива органічному пилу, що включає аліфатичні і ароматичні вуглеводні, солі кислот. Вона утворюється при спалюванні залишкових нафтопродуктів, у процесі піролізу на нафтопереробних, нафтохімічних і інших подібних підприємствах.
До постійних джерел аерозольного забруднення відно-сятся промислові відвали - штучні насипи з переот-лежання матеріалу, переважно розкривних порід, об-разующіхся при видобутку корисних копалин або ж з відходів підприємств переробної промисловості, ТЕС. Вироби, ництво цементу та інших будівельних матеріалів також являє-ся джерелом забруднення атмосфери пилом.
Спалювання кам'яного вугілля, виробництво цементу і виплав-ка чавуну дають сумарний викид пилу в атмосферу, рівний 170 млн т / г.
Значна частина аерозолів утворюється в атмосфері при взаємодії твердих і рідких частинок між собою або з водяною парою. До небезпечних факторів антропогенного характеру, способст-ють серйозного погіршення якості атмосфери, слід від-нести її забруднення радіоактивним пилом. Час перебування дрібних часток в ниж-ньому шарі тропосфери становить в середньому кілька діб, а у верхньому - 20-40 діб. Що стосується частинок, які потрапили в страто-сферу, то вони можуть перебувати в ній до року, а іноді і більше.
III. Методи і засоби захисту атмосфери
1) Основні методи захисту атмосфери
від хімічних домішок
Всі відомі методи і засоби захисту атмосфери від хі-чеських домішок можна об'єднати в три групи.
До першої групи входять заходи, спрямовані на сни-ються потужності викидів, тобто зменшення кількості вики-Сива речовини в одиницю часу. До другої групи належать заходи, спрямовані на захист атмосфери шляхом обра-лення і нейтралізації шкідливих викидів спеціальними системами очищення. У третю групу входять заходи щодо нор-мування викидів як на окремих підприємствах і устройст-вах, так і в регіоні в цілому.
Для зниження потужності викидів хімічних домішок в атмосферу найбільш широко використовують:
заміну менш екологічних видів палива екологічними;
спалювання палива за спеціальною технологією;
створення замкнутих виробничих циклів.
У першому випадку застосовують паливо з більш низьким балом забруднення атмосфери. При спалюванні різних палив такі показники, як зольність, кількість діоксиду сірки та оксидів азоту в викидах, можуть сильно відрізнятися між собою, по-цьому уведений сумарний показник забруднення атмосфери в балах, який відображає ступінь шкідливого впливу на людино.
Спалювання палива за особливою технологією (рис. 2) здійснюва-ляется або в киплячому (псевдозрідженому) шарі, або попередньо-котельної їх газифікацією.
Мал. 2. Схема теплової електростанції з використанням дожигания
топкових газів і уприскуванням сорбенту: 1 - парова турбіна; 2 - пальник;
3 - бойлер; 4 - електроосадітель; 5 - генератор
Для зменшення потужності викиду сірки тверде, порошкові-образне або рідке паливо спалюють в киплячому шарі, який формується з твердих частинок золи, піску або інших речовин (інертних або реакційно-здатних). Тверді частинки вдуву-ються в проходять гази, де вони завихрюватися, інтенсивно пере-мешіваются і утворюють примусово рівноважний потік, ко-торий в цілому має властивості рідини.
Попередньою газифікації піддаються вугілля і усмоктув-ні палива, однак на практиці найчастіше застосовують газиф-кацію вугілля. Оскільки в енергетичних установках одержуваний і відходить гази можуть бути ефективно очищені, то концен-трації діоксиду сірки та твердих частинок в їх викидах будуть мі-мінімальними.
Одним з перспективних способів захисту атмосфери від хи-вів домішок є впровадження замкнутих виробництв-ських процесів, які зводять до мінімуму викидаються в атмосферу відходи, вдруге використовуючи їх і споживаючи, т. Е. Пре-обертаючи їх в нові продукти.
2) Класифікація систем очищення повітря і їх параметри
По агрегатному стані забруднювачі повітря підрозділами-ються на пилу, тумани і газопарообразние домішки. Примушує-лені викиди, що містять зважені тверді або рідкі частинки, представляють собою двофазні системи. Суцільний фазою в системі є гази, а дисперсної - тверді частинки або крапельки рідини.
Системи очищення повітря від пилу (рис. 3) діляться на чотири основні групи: сухі і мокрі пиловловлювачі, а також електро-трофільтри і фільтри.
Мал. 3. Системи і методи очищення шкідливих викидів
При підвищеному вмісті пилу в повітрі використовують пиловловлювачі і електрофільтри. Фільтри застосовують для тон-кою очищення повітря з концентрацією домішок менш 100 мг / м3.
Для очищення повітря від туманів (наприклад, кислот, лугів, масел та ін. Рідин) використовують системи фільтрів, називає-мих туманоуловітелі.
Засоби захисту повітря від газопарообразних домішок зави-сят від обраного методу очищення. За характером протікання фі-Зіко-хімічних процесів виділяють метод абсорбції (про-мивка викидів розчинниками домішки), хемосорбції (про-мивка викидів розчинами реагентів, що зв'язують домішки хімічно), адсорбції (поглинання газоподібних домішок за рахунок каталізаторів) і термічної нейтралізації.
Всі процеси вилучення з повітря зважених часток включають, як правило, дві операції: осадження частинок пилу або крапель рідини на сухих або змочених поверхнях і видалення осаду з поверхонь осадження. Основною операцією є осадження, по ній власне і класифікуються всі пиловловлювачі. Однак друга операція не дивлячись на уявну простоту пов'язана з подоланням ряду технічних труднощів, часто роблять вирішальний вплив на ефективність оч-ки або застосовність того чи іншого методу.
Вибір того чи іншого пиловловлюючого пристрої, кото-рої представляє систему елементів, що включає пилеулові-тель, розвантажувальний агрегат, що регулює обладнання та вен-тілятор, зумовлюється дисперсним складом вловлюється частки промислового пилу. Оскільки частки мають раз-нообразние форму (кульки, палички, пластинки, голка, волокна і т.д.), то для них поняття розміру умовно. У загальному випадку прийнято характеризувати розмір частки величиною, визна-ляющие швидкість її осадження, - седиментаційним диамет-ром. Він визначає діаметр кулі, швидкість осадження і щільність якого рівні швидкості осадження і щільності частинок.
Для очищення викидів від рідких і твердих домішок примі-няют різні конструкції уловлюють апаратів, рабо-танучих за принципом:
інерційного осадження шляхом різкої зміни направ-лення вектора швидкості руху викиду, при цьому тверді частинки під дією інерційних сил будуть прагнути дві-гаться в колишньому напрямі і потрапляти в приймальний бункер;
осадження під дією гравітаційних сил з-за раз-
особистої кривизни траєкторій руху складових викиду
(Газів і частинок), вектор швидкості руху якого спрямований
горизонтально;
осадження під дією відцентрових сил шляхом прида-ня викиду обертального руху всередині циклону, при цьому тверді частинки відкидаються відцентровою силою до сітки, так як відцентрове прискорення в циклоні до тисячі разів більше ус-корения сили тяжіння, це дозволяє видалити з викиду навіть вельми дрібні частинки ;
механічної фільтрації - фільтрації викиду через по-Рісто перегородку (з волокнистих, гранульованим або по-Рісто фільтрує), в процесі якої аерозольні частинки затримуються, а газова складова повно-стю проходить через неї.
Процес очищення від шкідливих домішок характеризується трьома основними параметрами: загальної ефективністю очищення, гід-равліческім опором, продуктивністю. Загальна еф-ність очищення показує ступінь зниження шкідливих при-домішок в вживаному засобі. Гідравлічний опір визначається як різниця тиску на вході і виході з системи. Продуктивність систем очищення показує, яке кіль-кість повітря проходить через неї в одиницю часу (м3 / год).
Родзевич М.М. Пашканг К.В. Охорона і перетворення природи. - М. Просвітництво, 1986. - 288 с.