- •Частина і оцінка антропогенно-техногенного забруднення атмосферного повітря
- •Розділ 1 Атмосфера і її роль. Джерела і наслідки забруднення атмосфери
- •1.1. Атмосфера – зовнішня оболонка Землі
- •1.2. Будова атмосфери
- •1.3. Забруднення атмосфери і його види
- •1.4. Джерела забруднення атмосфери
- •1.5. Основні хімічні домішки, що забруднюють атмосферу
- •1.6. Наслідки забруднення атмосфери
- •1.6.1. Зміна природного складу і параметрів атмосфери
- •1.6.2. Кислотні опади
- •1.6.3. Запустелювання
- •1.6.4. Забруднення атмосфери біологічними домішками
- •Розділ 2 Нормування впливу техногенних об’єктів на атмосферне повітря
- •2.1. Показники нормування забруднюючих речовин в повітрі
- •2.2. Оцінка стану повітряного середовища
- •2.3. Науково-технічні нормативи на гранично допустимі викиди
- •2.4. Інструменти економічного механізму охорони атмосферного повітря
- •2.5. Порядок встановлення нормативів збору за забруднення і погіршення якості атмосферного повітря
- •Розділ 3 Організація спостережень за забрудненням атмосферного повітря
- •3.1. Загальні вимоги до організації спостережень за забрудненням атмосферного повітря
- •3.2. Види постів спостережень, програми і терміни спостережень
- •3.3. Лабораторії спостереження і контролю за забрудненням атмосферного повітря
- •3.4. Автоматизовані системи спостереження і контролю за станом атмосферного повітря
- •Розділ 4 Оцінювання забруднення атмосферного повітря на основі даних лабораторних спостережень
- •4.1. Методи оцінювання забруднення атмосферного повітря
- •4.2. Методи відбору проб атмосферного повітря для лабораторного аналізу
- •4.3. Метеорологічні спостереження при відборі проб повітря
- •4.4. Оцінювання стану атмосферного повітря за результатами спостережень
- •Частина іі технологія захисту атмосфери від аерозольних пилових викидів
- •Розділ 5 Методи захисту атмосферного повітря від шкідливих викидів
- •Розділ 6 Методи і системи очищення повітря від аерозолів
- •6.1. Характеристики аерозольних викидів в атмосферу
- •6.2. Класифікація методів і апаратів для очищення аерозолів
- •6.3. Основні характеристики апаратів для очистки аерозолів
- •Розділ 7 Механічне пиловловлювання
- •7.1. Пилоосаджувальні камери
- •7.2. Циклонні осаджувачі
- •7.3. Вихрові пиловловлювачі
- •Розділ 8 Фільтрування аерозолів
- •8.1. Волокнисті фільтри
- •8.2. Тканинні фільтри
- •8.2.1. Фільтрувальні тканини
- •8.2.2. Рукавні фільтри
- •8.3. Зернисті фільтри
- •Розділ 9 Мокре пиловловлювання
- •9.1. Порожнисті газопромивачі
- •9.2. Розпилювальні циклони з водяною плівкою
- •9.3. Пінні пиловловлювачі
- •9.4. Ударно-інерційні пиловловлювачі
- •9.5. Швидкісні пиловловлювачі (скрубери Вентурі)
- •Розділ 10 Електричне очищення газів
- •10.1. Принцип дії електрофільтрів
- •10.2. Конструкції електрофільтрів
- •Розділ 11 Вдосконалення процесів і апаратів для пилоочистки
- •11.1. Спеціалізація апаратів
- •11.2. Попередня обробка аерозолів
- •11.3. Режимна інтенсифікація
- •11.4. Конструктивно-технологічне вдосконалення
- •11.5. Багатоступінчате очищення
- •Частина ііі технологія захисту атмосфери від викидів шкідливих газів та пари
- •Розділ 12 Методи і системи очищення повітря від газоподібних домішок
- •Розділ 13 Абсорбційна і хемосорбційна очистка газових викидів
- •13.1. Використання методів абсорбції і хемосорбції для вловлення газоподібних домішок
- •1 − Абсорбер; 2 − холодильник; 3 − десорбер; 4 − теплообмінник
- •13.2. Конструкції і принцип дії абсорберів
- •13.2.1. Насадкові абсорбери
- •1 − Сідло Берля; 2 − кільце Рашига; 3 − кільце Палля; 4 − розетка Теллера; 5 − сідло “Інталокс”
- •13.2.2. Тарілчасті абсорбери
- •13.2.3. Розпилюючі абсорбери
- •13.3. Десорбція забруднювачів із абсорбентів
- •Розділ 14 Адсорбційна очистка газових викидів
- •14.1. Використання методу адсорбції для вловлення газоподібних сполук
- •14.2. Будова і принцип дії адсорберів
- •14.2.1. Адсорбери періодичної дії
- •1 − Точка проскакування; 2 − адсорбційна зона; о.Н. − об’єм, заповнений насадкою
- •1 − Адсорбер; 2, 10, 12 − вентилятори; 3 − фільтри; 4 − вогнезагороджувач; 5, 8 − холодильник; 6 − розподільник; 7 − конденсатор; 9 − збірник;
- •11 − Калорифер; 13 − гідрозасув
- •14.2.2. Адсорбери безперервної дії
- •1 − Зона адсорбції; 2 − розподільні тарілки; 3 − холодильник; 4 − підігрівач; 5 − затвор
- •1 − Псевдозріджений шар; 2 − решітка; 3 − переточний пристрій; 4 − затвор
- •1 − Основний псевдозріджений шар; 2 − додатковий шар; 3 − решітка
- •1, 2 − Патрубки; 3 − решітка; 4 − конус
- •1 − Корпус перетоку 2 − щілина; 3 − похила решітка; 4 − решітка
- •14.4. Десорбція адсорбованих продуктів
- •Розділ 15 Конденсаційне очищення газових викидів
- •15.1. Використання конденсаційного очищення газів і пари
- •15.2. Принцип конденсаційного очищення
- •15.3. Типи і конструкції конденсаторів
- •Розділ 16 Термокаталітична і термічна очистка газових викидів
- •16.1. Термокаталітична очистка газових викидів
- •16.2. Термічні методи знешкодження газоподібних сполук
- •1 − Гідрозасув; 2 − вогнезагороджувач; 3 − основний пальник; 4 − черговий пальник; 5 − система запалення чергового пальника
- •1 − Реактор; 2 − ежекційний змішувач; 3 − електрозапал; 4 − черговий пальник; 5 − основний пальник; 6 − насадка-вогнезагороджувач
- •1 − Факельний пальник; 2 − труба; 3 − розривні мембрани; 4 − вогнезагороджувач; 5 − інжекційний змішувач з електрозапалом; 6 − система запалення чергового пальника
- •1 − Черговий пальник; 2 − повітряна труба; 3 − захисний козирок; 4 − корпус факельного пальника; 5 − парова дюза; 6 − кишеня для термопари
- •Розділ 17 Очистка газових викидів автомобільного транспорту
- •17.1. Характеристика викидів двигунів внутрішнього згорання
- •17.2. Зниження викидів двигунів внутрішнього згорання
- •17.3. Нейтралізація вихлопів двигунів внутрішнього згорання
- •17.4. Вловлення аерозолів, що викидаються дизельним двигуном
- •Розділ 18 Оцінка ефективності очищення газових викидів
- •18.1. Оцінка ефективності пристроїв для очищення газових викидів
- •18.2. Вибір варіантів газоочистки
- •Додатки
- •Нормативи збору, який справляється за викиди основних забруднюючих речовин від стаціонарних джерел забруднення
- •Технічні дані лабораторії “Атмосфера-іі”
- •Технічні дані станції “Повітря-1”
- •Технічні дані електроаспіратора типу еа-1
- •Технічні дані електроаспіратора типу еа-2
- •Технічні дані повітровідбірника “Компонент”
- •Характеристики насадок (розміри дані в мм)
- •Література
Міністерство освіти і науки України
Кам’янець-Подільський національний університет
імені Івана Огієнка
Природничий факультет
Кафедра географії та екології
В. В. ШАРАВАРА
ОХОРОНА АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ
Навчальний посібник
Кам’янець-Подільський
2013
УДК
ББК
Ш 25
Рекомендовано до друку вченою радою
Кам’янець-Подільського національного університету імені Івана Огієнка
(протокол № від 2013 року)
Рецензенти:
Шаравара В.В.
Ш 25 Охорона атмосферного повітря: Навчальний посібник. − Кам’янець-Подільський: ПП Мошинський В.С., – 2013. – с.
ISBN
У посібнику викладені теоретичні питання охорони атмосферного повітря, показано значення дисципліни в системі охорони навколишнього середовища і всіх його сфер. Розглянуті основні антропогенно-техногенні джерела і особливості забруднення повітря та його наслідки. Подана характеристика забруднювачів, методів і засобів їх визначення в повітрі та вилучення з газоповітряних сумішей.
Для студентів екологічних спеціальностей вищих навчальних закладів, викладачів охорони атмосферного повітря, нормування антропогенного навантаження на природне середовище, моніторингу довкілля.
ББК
ISBN
© Шаравара В.В., 2013
© Мошинський В.С., 2013
ЗМІСТ
ВСТУП 7
ЧАСТИНА І ОЦІНКА АНТРОПОГЕННО-ТЕХНОГЕННОГО ЗАБРУДНЕННЯ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ 9
1.1. Атмосфера – зовнішня оболонка Землі 10
1.2. Будова атмосфери 12
1.3. Забруднення атмосфери і його види 16
1.4. Джерела забруднення атмосфери 19
1.5. Основні хімічні домішки, що забруднюють атмосферу 21
1.6. Наслідки забруднення атмосфери 26
1.6.1. Зміна природного складу і параметрів атмосфери 26
1.6.2. Кислотні опади 29
1.6.3. Запустелювання 32
1.6.4. Забруднення атмосфери біологічними домішками 33
2.1. Показники нормування забруднюючих речовин в повітрі 35
2.2. Оцінка стану повітряного середовища 37
2.3. Науково-технічні нормативи на гранично допустимі викиди 41
2.4. Інструменти економічного механізму охорони атмосферного повітря 46
2.5. Порядок встановлення нормативів збору за забруднення і погіршення якості атмосферного повітря 48
3.1. Загальні вимоги до організації спостережень за забрудненням атмосферного повітря 53
3.2. Види постів спостережень, програми і терміни спостережень 55
3.3. Лабораторії спостереження і контролю за забрудненням атмосферного повітря 59
3.4. Автоматизовані системи спостереження і контролю за станом атмосферного повітря 69
4.1. Методи оцінювання забруднення атмосферного повітря 83
4.2. Методи відбору проб атмосферного повітря для лабораторного аналізу 86
4.3. Метеорологічні спостереження при відборі проб повітря 94
4.4. Оцінювання стану атмосферного повітря за результатами спостережень 99
ЧАСТИНА ІІ ТЕХНОЛОГІЯ ЗАХИСТУ АТМОСФЕРИ ВІД АЕРОЗОЛЬНИХ ПИЛОВИХ ВИКИДІВ 105
6.1. Характеристики аерозольних викидів в атмосферу 109
6.2. Класифікація методів і апаратів для очищення аерозолів 114
6.3. Основні характеристики апаратів для очистки аерозолів 123
7.1. Пилоосаджувальні камери 129
7.2. Циклонні осаджувачі 130
7.3. Вихрові пиловловлювачі 141
8.1. Волокнисті фільтри 145
8.2. Тканинні фільтри 148
8.2.1. Фільтрувальні тканини 149
8.2.2. Рукавні фільтри 155
8.3. Зернисті фільтри 162
9.1. Порожнисті газопромивачі 167
9.2. Розпилювальні циклони з водяною плівкою 168
9.3. Пінні пиловловлювачі 170
9.4. Ударно-інерційні пиловловлювачі 172
9.5. Швидкісні пиловловлювачі (скрубери Вентурі) 176
10.1. Принцип дії електрофільтрів 184
10.2. Конструкції електрофільтрів 188
11.1. Спеціалізація апаратів 197
11.2. Попередня обробка аерозолів 197
11.3. Режимна інтенсифікація 200
11.4. Конструктивно-технологічне вдосконалення 201
11.5. Багатоступінчате очищення 201
Частина ІІІ ТЕХНОЛОГІЯ ЗАХИСТУ АТМОСФЕРИ ВІД ВИКИДІВ ШКІДЛИВИХ ГАЗІВ ТА ПАРИ 203
13.1. Використання методів абсорбції і хемосорбції для вловлення газоподібних домішок 208
13.2. Конструкції і принцип дії абсорберів 212
13.2.1. Насадкові абсорбери 214
13.2.2. Тарілчасті абсорбери 221
13.2.3. Розпилюючі абсорбери 230
13.3. Десорбція забруднювачів із абсорбентів 233
14.1. Використання методу адсорбції для вловлення газоподібних сполук 236
14.2. Будова і принцип дії адсорберів 238
14.2.1. Адсорбери періодичної дії 238
14.2.2. Адсорбери безперервної дії 247
14.4. Десорбція адсорбованих продуктів 254
15.1. Використання конденсаційного очищення газів і пари 257
15.2. Принцип конденсаційного очищення 259
15.3. Типи і конструкції конденсаторів 260
16.1. Термокаталітична очистка газових викидів 263
16.2. Термічні методи знешкодження газоподібних сполук 267
17.1. Характеристика викидів двигунів внутрішнього згорання 276
17.2. Зниження викидів двигунів внутрішнього згорання 279
17.3. Нейтралізація вихлопів двигунів внутрішнього згорання 282
17.4. Вловлення аерозолів, що викидаються дизельним двигуном 288
18.1. Оцінка ефективності пристроїв для очищення газових викидів 291
18.2. Вибір варіантів газоочистки 295
ДОДАТКИ 298
ЛІТЕРАТУРА 304
ВСТУП
Антропогенна діяльності, яка пов’язана із реалізацією економічних, рекреаційних, культурних інтересів людини, вносить фізичні, хімічні, біологічні зміни в природне середовище. Найпоширенішим видом негативного впливу є забруднення атмосферного повітря, яке наносить шкоди життю і здоров’ю людини, рослинному і тваринному світу та екосистемам в цілому.
В сучасних умовах розвитку необхідно застосовувати прогресивні методи та засоби екологічного контролю при вирішенні проблем охорони атмосферного повітря. Для цього необхідно володіти знаннями багатьох методик аналізу повітря, правильного відбору зразків для аналізу, підготовки і проведення досліджень, статистичної обробки результатів та проведення інших операцій.
Мета вивчення дисципліни “Охорона атмосферного повітря” полягає у необхідності формування знань та умінь студентів у галузі охорони довкілля, збереження і раціонального використання природних ресурсів, впровадження сучасних високоефективних методів очищення повітря і забезпечення покращення характеристик його якості.
Основними задачами дисципліни є надати студентам знання з нормування якості повітря, сутності, видів та рівнів моніторингу атмосферного повітря і біоіндикації як методів наукового пізнання, заходів і засобів зменшення негативного антропогенного впливу на атмосферне повітря.
Після вивчення курсу “Охорона атмосферного повітря” студент повинен:
знати:
теоретичні, нормативно-правові та методологічні основи охорони атмосферного повітря, методи і методики визначення якості атмосферного повітря;
еколого-оптимізуючі показники забруднюючих речовин в атмосферному повітрі, правила встановлення допустимих викидів шкідливих речовин промисловими підприємствами;
екологічне нормування якості атмосферного повітря, впливу техногенних об’єктів на атмосферне повітря та його забруднень;
нормування зборів і плати за викиди шкідливих речовин стаціонарними і пересувними джерелами забруднення атмосферного повітря;
організацію спостережень за забрудненням атмосферного повітря і оцінку його стану за результатами спостережень;
методи очистки промислових газів і зниження забруднення атмосфери викидами від двигунів внутрішнього згорання.
вміти:
визначати шкідливі речовини і розраховувати їх концентрації, що викидаються підприємствами і транспортом, визначати ефект сумації цих речовин;
встановлювати категорію небезпечності підприємства, проводити уточнення розмірів санітарно-захисної зони і визначати кількість постів спостереження за станом атмосферного повітря і місця їх розташування;
проводити інвентаризацію джерел забруднення атмосферного повітря і виконувати статистичну оцінку екологічного стану атмосферного повітря, складати геоекологічні карти забруднення атмосферного повітря.
Частина і оцінка антропогенно-техногенного забруднення атмосферного повітря
Розділ 1. АТМОСФЕРА І ЇЇ РОЛЬ. ДЖЕРЕЛА І НАСЛІДКИ ЗАБРУДНЕННЯ АТМОСФЕРИ
Розділ 2. НОРМУВАННЯ ВПЛИВУ ТЕХНОГЕННИХ ОБ’ЄКТІВ НА АТМОСФЕРНЕ ПОВІТРЯ
Розділ 3. ОРГАНІЗАЦІЯ СПОСТЕРЕЖЕНЬ ЗА ЗАБРУДНЕННЯМ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ
Розділ 4. ОЦІНЮВАННЯ ЗАБРУДНЕННЯ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ НА ОСНОВІ ДАНИХ ЛАБОРАТОРНИХ СПОСТЕРЕЖЕНЬ
Розділ 1 Атмосфера і її роль. Джерела і наслідки забруднення атмосфери
1.1. Атмосфера – зовнішня оболонка Землі
Ми живемо на дні великого повітряного океану – атмосфери. Повітряне середовище – одна з найважливіших складових частин біосфери – земної оболонки, яка наповнена живими організмами, що населяють Землю. Існування флори та фауни, а також всього живого на Землі (у тому числі і людини) неможливо без повітряного середовища. Хоча загальна потужність повітряної оболонки досягає лише половини радіусу Землі, за космічними масштабами вона виглядає тонкою плівкою. Загальна вага атмосфери надзвичайно мала (5,15·1015 т) – всього 1/1000000 ваги Землі, але захисні функції атмосфери переоцінити важко. Земне життя вразливе до космічних променів та потребує постійного і надійного захисту.
Повітряна оболонка Землі, як і будь-який зовнішній шар, здійснює і захисні функції. Хоча за нашими міркуваннями атмосфера ніяк не вкладається в поняття засобу захисту, саме атмосфера – безвідмовна перешкода для згубного впливу космосу. Атмосфера надійно захищає планету від космічного та ультрафіолетового випромінювання, визначає загальний тепловий режим поверхні Землі, впливає на кліматичні умови, а через них – на режими річок, грунтово-рослинний шар та процеси рельєфоутворення. Пробити атмосферу можуть лише крупні метеорити з початковою вагою в десятки та сотні тонн – явище, як відомо, надзвичайне. Метеорити меншої ваги – явище не рідкісне, проте вони повністю згорають в атмосфері.
Від Сонця на Землю потрапляє енергія, а значить і сама можливість життя. Саме атмосфера “відміряє” життєву дозу сонячної енергії. Якщо б не було атмосфери, вдень Сонце розігрівало б земну поверхню до +100°С, а вночі до -100°С охолоджував би її космос. 200-градусний перепад добових температур набагато перевищує можливості виживання більшості, якщо не всіх, форм земного життя.
На зовнішню поверхню атмосфери щосекунди потрапляє потужний потік сонячних та інших космічних випромінювань широкого діапазону хвиль та енергій: γ-випромінювання, жорсткі рентгенівські промені, ультрафіолетові промені, видиме світло, інфрачервоне випромінювання тощо. Якщо б всі вони досягли земної поверхні, то миттєво вбивча їх енергія все живе перетворила б на попіл. Цього не трапляється і на Землі існує життя завдяки атмосфері.
Для нормальної життєдіяльності людини та всього живого на Землі необхідно не тільки присутність повітря, але і його певний склад. Від складу повітря залежить стан організму людини, його здоров’я. Порушення нормального складу повітряного середовища може завдавати негативного впливу не тільки на здоров’я людини, але і на розвиток людського організму, і, як наслідок, призвести до генетичних змін в ньому.
Повітряне середовище – необхідна умова існування фауни та флори Землі – визначає процеси геологічного розвитку Землі, кругообіг речовин в природі. Без повітряного середовища на сучасному етапі розвитку людства неможливо здійснення життєво важливих технологічних процесів.
Атмосфера, газоподібна оболонка Землі, будучи складовою частиною біосфери, являє собою рівноважну систему, в якій безперервно проходять процеси обміну речовин, які проходять за певними законами. Характер цих процесів визначається багатьма факторами, і в першу чергу, складом самої атмосфери. Порушення цього складу, яке викликане діяльністю людини, може призводити до зміни природних процесів в атмосфері. Завдяки компенсаційним можливостям атмосфери, ці зміни до певного рівня антропогенного впливу на атмосферу не будуть незворотними. Проте із збільшенням масштабів такого впливу на атмосферу (як і на навколишнє середовище в цілому) ці компенсаційні можливості можуть бути вичерпаними, що може мати катастрофічні наслідки не тільки для окремих районів Землі, але і глобальні.
Одним із найважливіших показників стану атмосфери як середовища існування є хімічний склад її приземного шару. При всьому різноманітті фізичних та хімічних процесів в атмосфері, хімічний склад приземного її шару залишається практично постійним. Дослідження показали, що до висоти 20 км тенденцій до зміни складу атмосфери не спостерігається, що зумовлено, очевидно, інтенсивним її перемішуванням за рахунок конвективних потоків.
Атмосфера приземного шару являє собою суміш постійних та змінних газів. В групу постійних газів входять азот, кисень, аргон та інші інертні гази, а змінних – діоксиди карбону, сульфуру та нітрогену, озон, водяна пара (табл. 1.1).
Таблиця 1.1
Основний склад сухого чистого повітря в приземному шарі
Газ |
Молекулярна маса |
Відносний вміст у сухому повітрі, % |
Загальний вміст в атмосфері Землі, т |
|
За обсягом |
За масою |
|||
Азот (N2) |
28,02 |
78,08 |
75,53 |
4,0х1015 |
Кисень (О2) |
32,0 |
20,95 |
23,14 |
1,2х105 |
Аргон (Аг) |
39,94 |
0,93 |
1,28 |
6,8х1013 |
Вуглекислий газ (СО2) |
44,01 |
0,033 |
0,05 |
2,6х1012 |
Неон (Ке) |
20,18 |
0,0018 |
0,001 |
5,Зх1010 |
Гелій (Не) |
4,0 |
0,0005 |
0,00007 |
3,9х109 |
Криптон (Кг) |
16,05 |
0,00015 |
0,00008 |
4,4х109 |
Ксенон (Хе) |
83,7 |
0,0001 |
0,00003 |
1,6х109 |
N2О |
44,02 |
0,00005 |
0,00008 |
4,2х109 |
Водень (Н2) |
2,02 |
0,00005 |
0,000003 |
1,6х108 |
Озон (О3) |
48,0 |
0,00004 |
0,00007 |
3,7х109 |
Атмосфера, завдяки сукупності різних факторів, постійно очищається від забруднюючих її речовин. Тверді частинки осаджуються під дією гравітаційних сил, їх коагуляції, електричних розрядів Землі, в результаті вимивання із атмосфери опадами. Останнє стосується і газоподібних, і рідких забруднень. В результаті атмосфера, як і природа в цілому, нейтралізує та відштовхує потрапляючі в неї шкідливі домішки. Цю здатність атмосфери довгий час людство використовувало “бездумно” і, як наслідок, людство все частіше стикається з регіональними екологічними кризами або передкризовими ситуаціями.