9 Дәріс. Атмосфералық ауаны қорғау
Жер бетінен жақын космосқа дейінгі аралық атмосфера деп аталады және ол құрамы бойынша әртүрлі газдардан, су буынан, шаң-тозаңнан және ұсақ бөлшектерден – аэрозольдардан тұрады.
Атмосфералық
ауаның құрамы.
Құрғақ
ауаның құрамы оған кіретін газдардың
бірлік көлемдегі қатынасы арқылы
анықталған:
Атмосферада әрқашан су буы болады, оның бірлік көлемдегі шамасы 0-ден 4%-ға дейінгі аралықта. Одан басқа, ауада әртүрлі қосымшалар да бар.
5 кесте – атмосфера құрамындағы газдардың мөлшері
Азот |
78,09% |
Гелий |
5,24 • 10-4 % |
|
|
|
|
Оттегі |
20,95% |
Криптон |
1,14• 10-4 % |
Аргон |
0,93% |
Сутегі |
3,00 • 10-5% |
Көмір қышқыл газы |
0,03% |
Ксенон |
8,70 • 10-6% |
Жорамал бойынша, өсімдіктер жыл сайын 100 млрд. тоннаға дейін органикалық заттар түзейді. Бұл процесс кезінде олар 130 млрд. т су пайдаланып 155 млрд. т оттегін шығарады. 1 т органиканың фотосинтезі үшін 1,5-1,8 С02 қажет, осы кезде 1,1-1,3 т оттегі бөлініп шығады (7 суретті қара).
|
|
|
|
7 Сурет – Фотосинтез процесінің жүру жолы
Зерттеулер көмірқышқыл газының СО2 атмосферада артып келе жатқандығын көрсетіп отыр, бұл газ күн сәулелерін жер бетіне өткізеді де, жердің инфрақызыл жылуын кері шығармайды, сол арқылы парниктік эффекті тудырады. Көмірқышқыл газының концентрациясының артуына көмір, мұнай және басқа да жанармайларды жағу болып табылады.
Осы процесс жүре берсе, 2030 ж. қарай Жер бетіндегі температура 2,5°С-ға артады да, осының әсерінен мұздар мен мұздықтар ери бастайды.
Озонның жалпы азаюы күннің ультрафиолет сәулелерінің жер бетіне өтуін арттырады, ал бұл тіршілікке өте қауіпті.
Атмосфераның ластануы деп ауада әртүрлі газдар, қатты және сұйық бөлшектердің, будың артық мөлшерде болуын айтады. Бұл зиянды заттар флора мен фаунаға кері әсерін тигізеді және адамзат пен тірі ағзалардың өмір сүру жағдайын нашарлатады.
Атмосфераның ластануының негізгі көздері өнеркәсіп, ауылшаруашылығы, әртүрлі қалдықтар мен автокөліктер.
Автокөліктер түтіндері. 2009 ж. дүние жүзінде шығарылған автомобилдер 40 млн. данадан асты, ал қозғалыстағы автопарк 500 млн машинадан астам, олар жанармайды пайдалана отырып, қоршаған ортаға зиянды әсерін тигізуде.
Автомобиль – бұл дөңгелектегі химиялық фабрика. Қаладағы ауаның ластануының 60% осы автокөлікке тиесілі.
Автомобилден шығатын газдар 200 астам заттан тұрады. Автомобилден шығатын газдардың көп бөлігі ауадан ауыр болғандықтан, олар жер бетінде жиналады. Көмірқышқыл газы қандағы гемоглобинмен араласып оған ағзаға оттегін жеткізуін қиындатады.
Шығатын газда жағымсыз исі бар және қоздырғыштығы бар альдегидтер де болады. Оларға акролендар мен формальдегид жатады; соңғысы өте зиянды әсер етеді.
Сонымен қатар ең қауіптісі қозғалтқыш жұмыс істегенде жанармайға қосылатын тетраэтилқорғасын жанғанда қорғасынның неорганикалық қосылыстары ауаға шығарылып отырады. Оның қоршаған орта мен тірі ағзаларға тигізетін зияны өте жоғары.
Атмосфераның өнеркәсіптен ластануы. Металдарды қорыту мен балқыту процестері кезінде, мұнай шығарушы және өңдеуші өнеркәсіптерден ауаға әртүрлі газдар бөлініп шығады. Сонымен қатар түтінмен бірге атмосфераға мышьяк, фосфор, сурьма, қорғасын, сынап және сирек кездесетін металдардың буы, олардың химиялық қоспалары мен түзілімдері де шығады және ауада тарайды.
Тыңайтқыш шығарушы өнеркәсіптен күкірт қоспалары шығарылып отырады.
Мұнай шығарушы және өңдеуші өнеркәсіп. Мұнай шығарушы және өңдеуші өнеркәсіптен шығатын түтін құрамында көмірсутегі, күкірттік сутегі және иістері жаман газдар бар. Синтетикалық каучук өнеркәсіп орындары атмосфераға стирол, дивинил, толуол, ацетон, изопрен сияқты зиянды заттарды шығарып отырады.
Цемент пен құрылыс материалдарын шығарушы өнеркәсіп. Олар ауаны әртүрлі шаңмен ластайды және жел арқылы тасымалданады. Олардың зияны өсімдіктерге өте қауіпті.
Химия өнеркәсібі. Бұл өнеркәсіп орындарынан шығатын зиянды заттар мен газдар түрлері өте көп және саналуан. Негізгілері көміртотығы, азоттотығы, күкірт ангидриді, аммиак, шаң, органикалық заттар, хлор қосылымдары, фтор қосылымдары және т.б.
Атмосфераның ластануының салдары. Жанармайдың барлық түрін қолдану себебінен XIX ғасырдан бастап атмосфераның тездетіп ластануы басталды. Ауа мұхиты өте үлкен болып көрінгенмен, жыл сайын шығарылып жатқан ластаушы заттардың әсерінен олардың жиналуы болып жатыр. Жер бетінде ластану концентарциясы әр алуан, мысалы кейбір мегаполистерде ластану барлық шекарадан шығып кеткен. Ал кейбір ластаушы заттардың аз ғана концентарциясының өзі қоршаған ортаға өте қауіпті.
Ауаның түтінденуі қаланың микроклиматын нашарлатады: тұман жиі түседі, атмосфераның өткізгіштігі төмендейді, жарық өтуі азаяды.
Ауаның ластануы адам денсаулығына ғана әсер етіп қоймай, экономикалық зиян да келтіреді. Қоршаған ортаны қорғау Агенттігінің бағалауы бойынша, АҚШта ауаның ластануынан болатын адам, жан-жануарлардың ауруы мен өлімдерден экономикалық жоғалтулар жылына 6 млрд долл. құрайды екен.
Газдалынған, шаңдалынған ауа қала үйлерінің пайдалану уақытын азайтады: оларды қалпына келтіру үшін жылына миллиондаған доллар қажет.
Қышқыл жаңбырлар. «Қышқыл жаңбыр» терминін ағылшын химигі А. Смит осыдан 100 жыл бұрын енгізген. Соңғы 10-15 жылда қышқыл жаңбырдың залалынан экологиялық жағдай нашарлап кетті. Кез келген отын түрін жаққан кезде шығатын газ құрамында әрқашан күкірт тотығы мен азот болады. Отын түріне байланысты ол көп не аз мөлшерде болуы мүмкін. Миллиондаған тонна күкірт тотығы атмосфераға шығып, қышқыл жаңбыр түрінде жерге түседі.
Ластанулардың нормалау негіздері.
Проф. В. А. Рязанов 1949 ж. атмосфералық ластанудың негізгі шарттарын анықтады:
1) кез келген заттың шектік концентрациясы болып адам денсаулығына тура немесе жанама әсер етпейтін, жұмыс істеу қабілетін азайтпайтын, көңіл күйіне әсер етпейтін мәні алынады;
2) зиянды затқа әдеттену дұрыс емес деп табылуы керек және бұл концентрация қалыпты жағдайдан жоғарғы деп алынады;
3) өсімдіктерге, жергілікті климатқа, атмосфера мөлдірлігіне және халықтың тұрмыстық жағдайына жайсыздық тудыратын зиянды заттар концентрациялары сырттан асқан деп табылуы керек.
Ауаны ластайтын әрбір зиянды затқа екі норматив қолданылады: бірлік реттегі және орташа тәуліктік. Бірлік реттегі ШРК адам сезімталдығымен анықтала алады.
Қазіргі кезде ауа бірден бірнеше зиянды заттармен ластанады. Сондықтан атмосфера ластануының бірлескен әсерін зерттеу керек.
Өнеркәсіп орындарының құрылысын жоспарлағанда және салғанда ауаның ластанғанын ескеру керек. Атмосфераның төменгі қабаты ретінде 2 м биіктікті алу керек, себебі ол адамның бойы. Әсер етуі бойынша ластаушы заттар төрт топқа бөлінеді: 1- төтенше қауіпті; 2 - жоғары қауіпті; 3 -қауіпті; 4 – қауіптігі аз.
Шаңұстаушы жүйелер
Барлық шаң ұстаушы қондырғылар тазалау принципі бойынша бөлінеді:
1) құрғақ шаң ұстаушы жүйелер;
2) ылғал шаң ұстаушы жүйелер;
3) электрофильтрлер;
4) фильтрлер.
Көбінесе тізбектей жалғанған 1-4 қондырғылар жүйесін қолданады.
Шаң ұстаушы жүйенің тиімділігін келесі сипаттамалармен бағалауға болады:
1. Жалпы тиімділігі
мұнда ПК – пайдалы әсер коэффициенті, Ск және Сш – қоспалардың шаң ұстаушы жүйелерге кірердегі және шығардағы массалық концентрациялары. Егер бірнеше қондырғы қолданылса:
2. Фракциялық тиімділігі – ластаушының фракциясын есепке алғандағы пайдалы әсер коэффициеті.
3. Шаң ұстаушы жүйенің гидравликалық кедергісі
мұндағы Рк және Рш –шаң ұстаушы жүйелерге кірердегі және шығардағы ауаның қысымы. Мына ұғымдар қолданылады: Рбос – бос шаң жинағыш және Рсоң – тазарту керек кездегі.
4. Меншікті шаң сыйымдылық шаң ұстаушының екі регенерация аралығындағы жинаған шаң мөлшерін білдіреді.
5. К – шаңның өтіп кету коэффициенті.
Шаңның мына қасиеттері шаң ұстаушы жүйенің тиімділігін анықтайды:
физикалық-химиялық қасиеттері;
дисперсиалық немесе фракциалық құрамы;
тығыздығы;
адгезиялық қасиеттері (бөлшектердің жабысқақтылығы);
ылғалдылығы;
электрленгендігі.
Құрғақ шаң ұстаушы жүйелер
Бұл аппараттарда ауа ағынынан шаң бөлшектері гравитация , инерция, кариолис күштері арқылы бөліп алынады (яғни механикалық жолмен).
Барлық құрғақ шаң ұстаушы қондырғылар конструкциясы бойынша былай бөлінеді:
1) циклондар;
2) ротациалық шаң ұстағыштар;
3) құйынды шаң ұстағыштар;
4) радиалды шаң ұстағыштар;
5) жалюздік шаң ұстағыштар.
Циклондар
Циклонда газ ағыны ішкі қабырғаға жанама бойымен кіріп, бункерге қарай айналмалы-ілгерімелі қозғалыс жасайды. Цетрден тепкіш күш әсерінен трубаның ішкі қабырғасында шаң қабаты құралады. Шаң бөлшектерін бөліп алу газ ағынын 180 градусқа бұру арқылы жүзеге асады Пайдалы әсер коэффициенті 70-80 пайыз.
Бұл қондырғы көмегімен диаметрі 10-30 мкм шаңнан тазалу жүреді.
Радиалды шаң ұстағыштар
Жұмыс істеу принципі дәл циклондағыдай. Айырмашылығы газ ағыны айналмалы қозғалыс жасамайды. Пайдалы әсер коэфициенті 65-85 пайыз. Бұл қондырғы көмегімен диаметрі 0,25-0,3 мкм шаңнан тазалу жүреді.
Жалюздік шаң ұстағыштар
Шаң бөлшектерін бөліп алу торша айналасында газ ағынын бұрған кездегі пайда болатын инерция күштерінің әсерінен болады. Температура 600 градус. Түтін газдарын ірі дисперсті шаңнан тазалайды.
Құрғақ тазалаушы жүйелер көбінесе алдын ала тазалау үшін қолданылады.
Ылғал шаң ұстаушылар – скрубберлер, тиімді жақтары:
бөлшектердің диаметрі аз болған сайын (0,3-1мкм) эффективтілігі артады;
жоғары температурасы бар және жарылу қаупі бар газдарды тазалауға болады.
Кемшіліктері:
тазалау кезінде жоюы қиын соғатын қалдықтар (шламдар) түзеледі;
ауаға ылғал бөлінеді;
газ шығаратын трубаларда шөгінділер түзеледі;
шаңды ұстау барысында су былғанады.
Көп қолданылатыны Вентури скрубберлері. Шаң диаметрі 1-2 мкм. Пайдалы әсер коэфициенті 0,96 -0,98 пайыз. Бір куб газды тазалау үшін 0,4-0,6 литр су шығындалады.
Электрлік фильтрлер
Бұл тазалаудың өте тиімді әдісі. Фильтрге кірген лас газдар сыртқы әсерлер арқылы (космос сәулелері, рентген және радиоактивті сәулелер) шамалы болса да иондалған болады. Фильтр ішінде біркелкі емес электр өрісі тудырылады, себебі соққылық зарядталыну осындай өрісте жүзеге асады. Соққылық иондалу – иондар үдей отырып газ бөлшектерімен соғылысады да, оларды иондайды. Шаң бөлшектері екі электрод арасынан өтуі кезінде электр кернеуінің әсерінен газ бөлшегіндегі зарядты өзіне қосып алып, заряды қарама қарсы электрод жағына жиналады. Электрофильтрлер өте жоғары дәрежеде тазалауға қолданылады.
Атмосфералық ауада шығарымдардың таралуы
Қалай тазартқанда да зиянды заттардың бір бөлігі атмосфералық ауаға түседі. Атмосфераны тазалау үшін сейілу әдісі қолданылады, сонда сол жерде концентрация азаяды. Сейілу аймағы атмосфера шарттарынан тәуелді:
Горизонталды сейілу желдің жылдамдығы мен бағытымен анықталады,
Вертикалды сейілу атмосферадағы температура градиентіне тәуелді. Әр өнеркәсіп үшін зиянды заттар құрамына байланысты санитарлық-қорғау белдемі белгіленеді (суға тастаулар, топырақтың залалдануы, электромагниттік және шумен ластану ескеріледі).
Санитарлық қорғану белдеміне келесі талаптар қойылады:
онда тұрғын үйлер, оқу орындары, бала бақшалар болмауы қажет;
ол жерге өсімдіктердің белгілі бір түрлері отырғызылуы керек.
Қазіргі қолданыстағы нормалар бойынша, концентрация мейлінше аз шамада болуы қажет (техникалық-экономикалық тұрғыда тиімділігін ескеру керек). Екі түрлі жағдай болуы мүмкін:
1) Нақты шығарынды жерге жақын жатқан қабатта ШРК-дан (шекті рұқсат етілген концентрациясы) аз болатын концентрация тудырады, бұл кезде ШРШ (шекті рұқсат етілген шығарынды) үшін нақты шығарынды алынуы мүмкін;
2) Нақты шығарынды жерге жақын жатқан қабатта ШРК-дан көп, бұл кезде кәсіпорынға уақытша көрсетілген мөлшердегі шығарынды тағайындалады да, ШРШ жоспары белгіленеді.
Есептеу жүргізуге қажетті бастапқы шарттар:
Жергілікті жердің топографиялық сипаттамалары (рельефі, санитарлық қорғау белдемінің орналасуы, ауылшаруашылық жайылымы мен егістіктері, елді мекендер туралы);
Берілген ауданның метеорологиялық мәліметтері, жергілікті жердің рельефінің коэффициенті, жылдың ең ыстық айындағы сыртқы ауаның орташа максималды температурасы, сегіз румб бойынша жылдық орташа жел бағыттары, желдің жылдамдығы);
Технологиялық процестің сипаттамалары (шығарым көз түрлері және олардың өндіріс орнында орналасуы, шығарым көздерінің сипаттамалары, заттардың физика-химиялық шығарымдары, шығарымдардың периоды және улылығы).
Шығарымдар көздерінің классификациясы және шекті рұқсат етілген шығарындыларды есептеу
Шығарымдар көздерінің классификациясы:
1) Ұйымдастырылған көздер: трубалар, шахталар, аэроциондық фонарлар, фрамугтер, дифлекторлар;
2) Ұйымдастырылмаған көздер: шикізаттың ашық қоймалары, карьералар, қатты және сұйық қалдықтардың сақтау орындары, автокөліктердің тиеу-төгу орындары.
Химиялық заттар үшін негізгі критериі ШРШ болады:
мұнда Кр – метереологиялық араласу коэффициенті, ол шығарым көз параметрлерінен, шығатын газ температурасынан, заттардың атмосферада шөгу сипатынан, жел бағытының тұрақтылығынан тәуелді.
Атмосфералық ауаның қазіргі экологиялық жағдайы.
Қалалардағы атмосфералық ауа зиянды заттармен жоғары деңгейде қаныққан, концентрациялары нормадан 4-тен 46-ретке дейін артық!
Қазақстанда газ, қатты және сұйық қалдықтарды шығарудан мына антропогендік биогеохимиялық аймақтар бар, олар: қорғасын-қола-мышьяктік Шығыс Қазақстан, қорғасынды-фосфорлық Шымкент қаласы, фосфорлы Тараз қаласы, хромды Актөбе. Бұл қалаларда ауа, су, топырақ та ластанған. Сонымен бірге осындай жағдай Семейде, Қарағандыда, Павлодарда, Жезказғанда да орын алып отыр.
Соңғы жылдары ауа бассейніне 4 млн. т артық зиянды заттар, ал автокөліктен 1 млн. т артық шығарылған.
Ең қауіпті аймақтарға Өскемен, Лениногорск және Алматы қалалары жатады.
Қазақстан жері өте үлкен территорияны алып жатқандықтан әр аймақ пен тұрғын жерлер әртүрлі ластанған. Қоршаған ортаны қорғау мемлекеттік іс, бірақ территорияның үлкендігіне байланысты әрбір облыс экологиялық мәселелерді шешуге өздері де белсене араласады.
Түсті металлургия Шығыс Қазақстанда орналасқандықтан экологиялық жағдайы өте нашар болып отыр. Мұнда 45% қорғасын, қоланың жартысына дейін және 90% аз тараған металлдар өндіріледі. Жергілікті 226 өндіріс орындарында жеті мыңға жуық зиянды зат шығаратын көздер орналасқан, олардың ішінде 63% тазартқыш құралдарымен жабдықталған.
Орталық Қазақстан территориясы тау-кен мен металлургиялық өндірістер жұмысымен зиянды заттармен ластанады. Қарағанды облысында жылу энергетикасы, металлургия, көмір шахтылары және басқа да өнеркәсіптер орналасқан, олардан шығатын зиянды заттар 1055,5 мың т, немесе бір тұрғынға шаққанда 795 кг келеді. Негізгі ластаушы өнеркәсіп орны АҚ «Кармет-Испат». Балқаш пен Жезқазғанның мыс балқытушы зауыттары да атмосфераны ластауда.
Манғыстау, Атырау, Ақтөбе мен Батыс Қазақстан облыстарындағы ауаның ластануына мұнай мен газ шығарушы компаниялар зиянды үлесін қосуда. Сонымен қатар бұл аймақтарда газ жағушы факелдер, газ қысымын арттырушы компрессорлық станцияларда орналасқан.
Павлодар облысында негізгі ластаушы көздерге Екібастұз көмірімен жұмыс істейтін жылу электростациялары жатады. Одан басқа ферроқорыту зауыты, ауылшаруашылық өнеркәсіп орындары және басқа да мекемелер де ластауға өз үлесін тигізуде.
Жергілікті рельеф те қала микроклиматына өз әсерін тигізеді. Доға түрінде орналасқан Іле алатауы Алматы қаласындағы ауа қозғалысын жауып тастаған. Сондықтан ластанған ауа қозғалмастан тұнып тұрады да, зиянын тәуліктің кез келген уақытында тигізеді.