1 Защита атмосферы

Земная атмосфера подразделяется на слои в соответствии с температурой: тропосфера (9-16км), стратосфера (50км), мезосфера (80км), термосфера. Компоненты чистого воздуха: N – 78.08%, O₂ – 20.94%, CO₂ – 0.03%, аргон – 0.93% и другие. К основным загрязнителям атмосферы по данным ЮНЕП ежегодно выделяется до 25млрд. т. загрязнителей. Это SO2 и пыль – 200млн.т./год, оксиды азота NxOy – 60млн.т./год, CO и CO2 – 8000 млн.т/год, СxHy – 80 млн.т/год.

Огромное число ВВ находится в воздухе, которым мы дышим: тв. частицы – частицы сажи, асбеста, свинца; взвешенные жидкие капельки УВ и серной к-ты; газы – оксиды углерода, оксиды азота, диоксид серы и др. Все эти загрязнения оказывают биол. возд-е на организм человека – затрудняется дыхание, осложняется и может принять опасный хар-р течение сердечно-сосудистых заболеваний.

Оксиды серы. При растворении в воде образуют кислотные дожди: H2O+SO2=H2SO3. Оксид серы выделяется при работе ТЭЦ, при сжигании бурого угля, мазута, серосодержащих НП (меркаптаны, тиосоединения), при получении металлов из серосодержащих руд (PbS, ZnS, NiS, MnS, CuS и др.). Кислотные дожди губят растения, закисляют почву, увеличивают кислотность озер.

Россия входит в Конвенцию по SOjH (по окиси серы). Эта Конвенция участвует во всех процессах, способствующих снижению выбросов окислов серы в атмосферу. В основном это строительство заводов по производству серной кислоты: SO2 – SO3 – H2SO4. H2SO4 нужна для получения ПАВ, лекарственных средств и т.д.

Даже при среднем содержании SO2 в порядке 100мкг/м3 начинают желтеть листья растений, у людей раздражается дыхательные пути. Разработаны методы улавливания SO2 из отходящих дымовых газов – это скрубберные установки.

Оксиды азота. Выделяются при травлении металлов азотной к-той, произ-ве взрывчатых в-в, на ТЭС, в ДВС. NO, NO2, N2O, N2O3 действуют на нервную с-му человека, вызывает кислородное голодание. NO вызывает паралич и судороги, N2O обладает наркотическим свойствами (веселящий газ). NO2 образует кислотные дожди: 4NO2+2H2O+O₂= 4HNO3. Оксиды азота принимают участие в образовании фотохимического смога. К фотохимическим процессам относятся процессы образования пероксиацетилнитратов (ПАН): CH3CO-OO-NO2. При концентрации ПАН 0,1-0,5мг/м3 они могут вызывать раздражение слизистой оболочки глаз.

Оксиды углерода. Концентрация CO в городе больше чем других газов. Однако, поскольку газ не имеет цвета, запаха, вкуса наши органы не в состоянии его обнаружить. Самый крупный источник CO в городах – автотранспорт. СО попадает в воздух вследствие неполного сгорания углерода в топливе: 2С+О2=2СО;

С+О2=СО2 – полное сгорание. Платино-палладиевые катализаторы устанавливают в ДВС для обеспечения полного сгорания СО.

Табачный дым вреден курильщику и окружающим, яв-ся источником СО.

Углекислый газ. Влияние СО2 связано с его способностью поглощать и/к излучение в диапозоне λ=700-1400нм. С 1850г. содержание СО2 в атм. возросло от 0,027 до 0,033% в связи с техногенной деятельность. Поглощая и/к излучение СО2 действует как парниковая пленка (Земля получает в лучах видимые участки спектра (400-700 нм) и отражает в виде длинных волн). Механизмом вывода СО2 из атм. является фотосинтез растений, а также связыванием его океаническими водами по реакции: СО2+ H2O+Ca⁺⁺ =CaCO3+2H⁺.

Пыль. Причиной основных выбросов пыли в атм. – это пыльные бури, эрозия почв, вулканы, морские брызги. Около 15-20% общего количества пыли дело рук человека. Это производство стройматериалов, дробление пород, производство цемента. Пыль содержит 20% Fe2O3, 15% SiO2 и 5% сажи. Промышленная пыль включает активные металлы и неметаллы.

Кислород. Кислород на Земле создан самой жизнью. Примерно 2млрд. лет назад содержание свободного кислорода начало возростать. После того как из части атм. кислорода сформировался защитный озоновый слой, начали развиваться наземные растения и животных. Главным продуцентом на Земле служат зеленые водоросли поверхности океана и морей (60%) и тропические леса суши (30%). Одна из главных проблем нехватки кислорода – вырубка лесов.

Озон. Образуется в верхних слоях стратосферы и нижних слоях мезосферы в результате протекания следующих реакций: О2+hν=О+О; О2+О+М→О3, где М – металл или любая пов-ть. Озон и атомарный кислород могут реагировать в кислородной атмосфере согласно реакциям: О3+ hν=О2+О; О3+О=2О2.

Наиболее распространенной количественной оценкой озона в атм. является толщина (2,5 до 5нм). Области с уменьшенным содержанием на 40-50% озонового слоя в атм. называются озоновые дыры. Около 90% озона находится в стратосфере. Основная причина истощения озонового слоя – кометы, космические корабли, сверхзвуковые самолеты, извержения вулканов, хлорфторуглеводородные соединения. ХФУ встречаются в быту и производстве. В быту так называемые пропелленты в аэрозольных упаковках, хладоагенты, фреоны, используемые при изготовлении вспененного полиуретана. Постепенно ХФУ поднимаются в верхний слой атм. и разрушают озоновый слой – щит атм., спасающий от у/ф излучения. Если сохраняется выбросы ХФУ, то в ближайшее время количество озона уменьшается на 90%. При этом вероятно, что рак кожи примет эпидемический характер, резко сократиться количество планктона в океане, исчезнут многие виды животных, у/ф неблагоприятно скажется на с/х культуры.

О3+Cl→ClO+O2

ClO+O→ClO2

Основные организации, контролирующие выбросы предприятия в атм. воздух – санитарно-эпидемиологические станции СЭС, территориальные управления федеральной службы РФ по гидрометеорологии и мониторингу ОС, гос. инспекция по контролю за работой газоочистных и пылеулавливающих установок. Для предотвращения загрязнения атм. введены нормативы на выбросы ВВ непосредственно из каждого источника.

Многие действующие предприятия используют технологические процессы с открытыми циклами производства. В этом случае отходящие газы перед выбросом в атм. подвергаются очистке с помощью скрубберов, фильтров. Наиболее распространенные при очистке газов - адсорбционные (твердый носитель), абсорбционные (газ поглощается жидкостью) и каталитические методы.

Очистка газов от СО2:1) поглощение водой – простой, дешевый, но низкая поглотительная сп-ть воды (на 8 л СО2 – 100 л воды); 2) поглощение раствором этаноламина (C2H5ONH2):R-NH2+CO2+H2O=R(NH3)2CO3; 3) холодное поглощение метанолом; 4) очистка цеолитами (СаА) исп-ся для извлечения СО2 из природного газа и удаления продуктов жизнед-ти в космических кораблях, подводных лодках, обр-ся молекулярное сито: СаО+СО2=СаСО3.

Очистка газов от СО: Дожигание на платино-палладиевом катализаторе: 2СО+О2=2СО2; метод конверкции: СО+Н2О=СО2+Н2.

Очистка газов от NxOy. В химической промышленности очистка NxOy на 80% и более осуществляется в основном в результате превращения на катализаторах: 1.окислительные методы основаны на реакции окисления оксида N с последующим поглощением водой и образованием NO3: 2NO+O3+H2O=2HNO3; 2NO+O2=2NO2.; 2.восстановительные каталитические методы основаны на восстановлении оксидов N до нейтральных продуктов в присутствии катализаторов или под действием высоких температур в присутствии восстановителей: N2O5 (-11°С) = N2O4 (215°С)=NO2=NO(600°С)=N2О+O2(10000°С).Разложение NxOy до нейтральных соединений: 2NO = N2+O2 происходит в потоке низкотемпературной плазмы; 3. сорбционные методы – поглощение оксидов N водными растворами щелочей и известью и адсорбция NxOy твердыми сорбентами (уголь, торф, селикагель, цеолиты).

Очистка газов от SO2. Методы улавливания SO2: аммиачные (4NH4OH+2SO2=2(NH4)2SO3+2H2O); гидролизация (+NaOH); каталитические (окислительные и восстановительные).

Очистка газов от взвешенных веществ. Методы улавливания: гравитационное оседание; центрифугирование; электростатическое оседание; инерционное соударение; прямой захват; диффузия. Осуществляется с помощью фильтров и скрубберов.