Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Промышленная экология. Учебное пособие
.pdf
ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ. ХАРАКТЕРИСТИКА
ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ АТМОСФЕРЫ
Ресурс атмосферного кислорода очень велик и возобновим.
Но чувствительность живых организмов даже к небольшим изменениям состава воздуха в результате его загрязнения заставляет рассматривать загрязнение атмосферы как существенное изъятие важнейшего
природного ресурса [2].
Загрязнение и очищение атмосферы – это два взаимопротивоположных процесса. Всякое загрязнение вызывает у природы защитную
реакцию, направленную на нейтрализацию. Этой способностью природы человек долгое время бездумно злоупотребляет. Так, например,
отходы производства долгое время выбрасывались в воздух в расчете
на то, что будут переработаны самой природой. Способность атмосферы к самоочищению имеет определенный предел, и если он будет превышен, то самоочищение в атмосфере не приведет к полному рассеиванию и разложению примесей.
Загрязнения атмосферы могут носить как природный, так и
антропогенный характер. Влиять на природные загрязнения атмосферы человек не может. Регулировать величину загрязнения в результате
антропогенной деятельности человечество не только может, но и
должно.
Следует помнить, что в атмосферу попадают как материальные
загрязнители (вещества различных агрегатных состояний – газы, жидкости и твердые вещества), так и энергетические загрязнители – звуковые шумы, вибрация, излучения тепловой и электромагнитной энергии, различные виды радиации. Различают два типа загрязнения атмосферы; загазовывание и запыление (не учитывая энергетических
загрязнений).
Загазовывание связано с поступлением в атмосферу газообразных ЗВ. В атмосферном воздухе присутствуют тысячи газообразных
загрязняющих веществ, которые оказывают негативное влияние на
ОПС и человека.
На долю вышеназванных ЗВ приходится 90-98 % всех атмосферных выбросов в городах и промышленных центрах.
Запыление связано с поступлением в атмосферу мелкодисперсных частиц твердых веществ. Запыление вызывается извержениями
вулканов, пылевыми бурями, попаданием частиц пыли, образующихся
при производстве цемента, муки, кормовых дрожжей и т.д. Запыление
11
приводит к понижению уровня поступления тепловой энергии и солнечной радиации, вызывает появление заболеваний верхних дыхательных путей у людей и т.д.
Наиболее распространенные, «многотоннажные» (около 10 млн т)
ЗВ сравнительно немногочисленны. Выделят пять наиболее распространенных групп ЗВ:
1) твердые частицы (пыль, дым, сажа);
2) оксиды углерода (СО, СО2);
3) оксиды серы (SO2, SO3,) и H2S;
4) оксиды азота (NO и NO2);
5) углеводороды (СHх).
Загрязнение атмосферы от промышленных и транспортных источников определяется многими нижеследующими факторами, перечисленными ниже.
1. Величина выброса (чем больше выброс в 1 ед. времени, тем
больше загрязненность воздуха).
2. Направление и скорость ветра (чем больше скорость ветра,
тем быстрее происходит рассеяние и тем меньше концентрация ЗВ в
воздухе).
3. Градиент температур – разность температуры на 1 ед. высоты
(чем выше градиент, тем сильнее вертикальные потоки воздуха, тем
больше угол раскрытия дымового факела и больше перемешивание
загрязнения с воздухом).
4. Влажность воздуха (существует прямая зависимость между
концентрацией дыма и относительной влажностью, т.к. частицы
загрязнения – это ядра конденсации для водяных паров, спускающиеся
к низу).
5. Расстояние от источника выброса.
6. Высота выброса (чем выше труба предприятия или котельной,
тем меньше концентрация золы и сажи в воздухе у земной поверхности).
Сейчас в земной атмосфере взвешено около 20 млн т частиц, из
которых примерно три четверти приходится на долю выбросов промышленных предприятий.
Из многочисленных ЗВ атмосферы (по определению комитета
экспертов Всемирной организации здравохранения) основными являются взвешенные частицы – аэрозоли различного состава, затем следуют сернистые соединения и оксиданты, то есть вещества, образующиеся в атмосферном воздухе в результате фотохимических превращений. Например, уже в 1975 г. в атмосферу во всем мире выбрасывалось около 100 млн т твердых веществ.
12
Классификация источников выбросов загрязняющих веществ
1. По назначению источники делятся следующим образом:
а) технологические, содержащие хвостовые газы после установок улавливания (рекуперации, абсорбции и т.д.);
б) вентиляционные выбросы – местные отсосы, вытяжки.
2. По месту расположения:
а) незатененные, или высокие (высокие трубы, точечные источники, удаляющие загрязнения на высоту, превышающую высоту здания в 2,5 и более раз);
б) затененные или низкие, то есть расположенные на высоте, в
2,5 раза меньшей высоты здания;
в) наземные – находящиеся у земной поверхности (открытое
технологическое оборудование, проливы, колодцы производственной
канализации и т.д.).
3. По геометрической форме:
а) точечные (трубы, шахты, вентиляторы);
б) линейные (аэрационные фонари, открытые окна, факелы).
4. По режиму работы: непрерывного и периодического действия;
залповые и мгновенные. Залповые выбросы возможны при авариях,
сжигании быстрогорящих отходов производства. При мгновенных
выбросах загрязнения выбрасываются в доли секунды и часто –
на значительную высоту. Это возможно при взрывных работах и авариях.
5. По дальности распространения:
а) внутриплощадочные, то есть создающие высокие концентрации только на территории промышленной площадки, а в жилых районах не дающие ощутимых загрязнений (для таких выбросов предусматривается санитарно-защитная зона достаточных размеров);
б) внеплощадные, когда выбрасываемые загрязнения способны
создать высокие концентрации на территории жилой застройки.
Кроме того, газовые промышленные выбросы могут быть орга-
низованными и неорганизованными.
Организованный промышленный выброс – это выброс, поступающий в атмосферу через специальные сооружения (газоходы, воздуховоды, трубы), а неорганизованный выброс – это выброс, поступающий в атмосферу в результате нарушения герметичности оборудования, неудовлетворительной работы вентиляционной системы, местных отсосов.
13
Объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух в Республике Татарстан за последние годы [3] представлен
на рис. 2.
Рис. 2. Динамика выбросов ЗВ в атмосферу
Республики Татарстан, тыс т
Рассмотрим последствия загрязнения атмосферы.
Кислотные дожди
Кислотный дождь – это дождь, водородный показатель которого
рН меньше 5,6 (ГОСТ 17.2.1.03-84), при этом на земную поверхность
выпадают осадки, содержащие кислотные соединения, образующиеся
при сжигании топлива (SO2, NOX, HCl и др.), что является причиной
гибели урожаев, растительности и лесов. Также кислотные дожди разрушают трубопроводы, памятники культуры и здания, они приводят в
негодность машины, значительно понижают плодородие почвы, способствуют просачиванию в водоносные слои почвы токсичных металлов.
Парниковый эффект
Данное явление вызывает очень много споров среди ученых.
Одна из самых распространенных теорий заключается в том, что поверхность Земли, нагреваясь из-за поступающего от Солнца излучения, сама становится источником длинноволнового инфракрасного
(теплового) излучения. Часть этого излучения уходит в космос, а
часть – отражается некоторыми газами атмосферы и нагревает приземные воздушные слои (рис. 3).
14
Рис. 3. Схема возникновения парникового эффекта
Классический сценарий «парникового» потепления, как считает
О. Сорокин, слишком прост, чтобы соответствовать действительности.
Тепло в космос не столько излучается, сколько переносится потоками
воздушных масс. Очень влияет на ситуацию и наличие в атмосфере
облаков.
Тенденция к потеплению, обнаружившаяся в конце XIX века,
развившаяся в XX веке, продлится и в XXI столетии. Однако эти результаты не дают основания для катастрофических климатических
прогнозов.
Среднегодовая температура Земли будет возрастать в результате
накопления парниковых газов в атмосфере, но естественные факторы,
действуя в течение ближайшего столетия в сторону похолодания, будут значительно уменьшать антропогенно обусловленное потепление.
Реально ожидаемое повышение температуры к 2100 году в пределах
0,3°С. Это соответствует пределу межгодовой естественной изменчивости климата [4].
Озоновые дыры
Озоновая дыра – это локальное падение концентрации озона в
озоновом слое Земли.
По общепринятой в научной среде теории (согласно докладу
Всемирной метеорологической организации), во второй половине
15
XX века все возрастающее воздействие антропогенного фактора в ви-
16
де выделения хлор- и бромсодержащих фреонов привело к значительному утончению озонового слоя.
Ш. Роуланд и М. Молина предположили, что атомы хлора могут
вызвать разрушение больших количеств озона в стратосфере. Их выводы были основаны на работе П. Д. Крутцена и Х. Джонстоуна, которые показали, что оксид азота NO может ускорять разрушение озона.
К уменьшению концентрации озона в атмосфере ведет совокупность факторов, главными из которых является гибель молекул озона в
реакциях с различными веществами антропогенного и природного
происхождения, отсутствие солнечного излучения в течение полярной
зимы, особо устойчивый полярный вихрь, который препятствует проникновению озона из приполярных широт, а также образование полярных стратосферных облаков, поверхность частиц которых катализируют реакции распада озона.
Будучи химически активными, молекулы озона могут реагировать со многими неорганическими и органическими соединениями.
Главными веществами, вносящими вклад в разрушение молекул озона,
являются простые вещества (водород, атомы кислорода, хлора, брома),
неорганические (хлороводород, монооксид азота) и органические соединения (метан, фторхлор- и фторбромфреоны, которые выделяют
атомы хлора и брома).
Ослабление озонового слоя усиливает поток солнечной радиации на Землю, что может являться причиной роста числа раковых образований кожи у людей. Также повышенный уровень излучения ведет
к резкому увеличению смертности среди морских животных и растений.
16
НОРМИРОВАНИЕ ПРИМЕСЕЙ В АТМОСФЕРЕ
Основной физической характеристикой примесей атмосферы является концентрация – количество вещества в единице
объема воздуха при нормальных условиях, обычно в мг/м3. Концентрация примесей определяет физическое, химическое и другие
виды воздействия вещества на ОПС и относится к основным параметрам при нормировании допустимых концентраций примеси в
атмосфере.
Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосфере населенных пунктов регламентированы списком Министерства здравоохранения РФ, в соответствии с которым установлены класс опасности вещества, допустимые максимальная разовая и среднесуточная концентрация примесей.
Для вредных веществ, ПДК которых не утверждены, установлены ориентировочно безопасные уровни вредности (ОБУВ)
загрязняющих веществ в атмосфере населенных пунктов. ОБУВ
утверждаются сроком на 3 года как временный гигиенический
норматив для загрязняющего атмосферу вещества, устанавливаемый расчетным методом для целей проектирования промышленных
объектов.
ПДК – это максимальная концентрация примеси в окружающей среде, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает вредного действия ни
на него, ни на окружающую среду в целом, включая отдаленные
последствия.
Если вещество оказывает на ОПС вредное действие в меньших концентрациях, чем на организм человека, то при нормировании исходят из порога действия этого вещества на окружающую
природу.
ПДК
– это максимальная разовая ПДК, является ос-
м.р.
новной характеристикой опасности вредного вещества. Она устанавливается с целью предупреждения рефлекторных реакций у человека (ощущение запаха, изменение биоэлектрической активности головного мозга, световой чувствительности
глаз и др.) при кратковременном воздействии атмосферных примесей.
17
ПДК
1...
2
2
1
1
n
n
ПДК
С
ПДК
С
ПДК
С
– это среднесуточная ПДК, используемая для пре-
с.с.
дупреждения общетоксического, канцерогенного, мутагенного и
другого влияния вещества на организм человека. Концентрации
вредных веществ определяются по пробам, отобранным в течение
20-30 мин.
ПДК вредного вещества в воздухе рабочей зоны – гигиенический норматив для использования при проектировании производственных зданий, технологических процессов, оборудования, вентиляции, для контроля за качеством производственной среды и профилактики неблагоприятного воздействия на здоровье работающих.
ПДК
(ПДК рабочей зоны) – это концентрация ЗВ, которая при
р.з
ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 ч (и не более
40 ч в неделю) в течение всего рабочего стажа не должна вызывать
заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых
современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений. Воздействие вредного вещества на уровне ПДК не исключает нарушения состояния здоровья у лиц с повышенной чувствительностью.
Кроме того, на местном уровне разрабатываются и утверждаются региональные нормативы качества окружающей среды.
Наибольшая концентрация (С) каждого вредного вещества в
приземном слое не должна превышать максимальной разовой предельно допустимой концентрации, т.е. С ПДК
макс
.
Все вредные вещества (ВВ) в соответствии с ГОСТ 12.1.0.07-76
по степени воздействия на организм человека подразделяют на четыре
класса опасности:
1) вещества чрезвычайно опасные, ПДК менее 0,1 мг/м3;
2) вещества высокоопасные, ПДК 0,1-1 мг/м3;
3) вещества умеренно опасные ПДК 1,1-10 мг/м3;
4) вещества малоопасные, ПДК более 10 мг/м3.
При одновременном присутствии в атмосфере нескольких вредных веществ, обладающих однонаправленным действием, их безразмерная суммарная концентрация должна удовлетворять условию:
,
где С1, С2, ..., Сn – концентрации вредных веществ в атмосфере в одной и той же точке местности, мг/м3;
18
ПДК1, ПДК2, ..., ПДКn – максимальные разовые предельно до-
19
пустимые концентрации вредных веществ в атмосфере, мг/м3.
Выбросы в атмосферу воздуха, содержащего вредные вещества, предусматривают и обосновывают в расчетах так, чтобы
концентрации их в приземном слое не превышали предельно допустимых.
Кроме того, к стандартам качества атмосферного воздуха относятся нормативы предельно допустимых уровней (ПДУ) вредных физико-химических воздействий: звуковых колебаний, радиации, вибрации, воздействие электромагнитных нолей и т.д.
О состоянии атмосферного воздуха можно узнать из ежегодных
государственных докладов о состоянии природных ресурсов и об
охране окружающей среды, как отдельных субъектов, так и РФ в
целом.
19
ОЧИСТКА ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ
Основными направлениями мероприятий по охране атмосферы
являются:
1) очистка отходящих газов на действующих предприятиях;
2) создание предприятий, на которых выбросы газов атмосферу
отсутствуют новые безотходные технологии замкнутыми циклами и
комплексным использованием сырья.
Очистка газа – это отделение от газа загрязняющего вещества
или его обезвреживание.
Методы очистки газов делятся на механические и физикохимические.
Механические методы очистки
Механические методы газоочистки осуществляются в фильтрах,
циклонах, инерционных пылеуловителях. Они основаны на удалении
твердых примесей за счет механических сил, вызывающих расслоение
системы газ–твердое вещество, а также на неспособности загрязняющих веществ проходить через поры в фильтрах.
Типы фильтров:
I. «Сухие» механические пылеуловители.
II. Пористые фильтры.
III. Электрофильтры.
IV. «Мокрые» пылеулавливающие аппараты.
Инерционный пылеуловитель (рис. 4) обладает следующим
принципом действия: движущийся запыленный газ наталкивается на
непроницаемую перегородку. Крупные частицы, двигаясь но инерции,
останавливаются перегородкой, оседают на ней и постепенно ссыпаются на дно пылеуловителя. Поток очищенного воздуха, содержащий
мелкие частицы, огибает перегородку и выходит из пылеуловителя.
Рис. 4. Схема инерционного пылеуловителя
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]