Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лекции Прикладная аэроэкология 1

.pdf
Скачиваний:
3
Добавлен:
11.11.2016
Размер:
601.89 Кб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ХАРЬКОВСКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

Конспект лекций «Атмосфера: основные понятия и определения, физико-

химические свойства пылей и газов.» по разделу дисциплины «Прикладная аэроэкология»

(для студентов 2-го курса дневной формы обучения спец. 7.070801 «Экология и охрана окружающей среды»)

ХАРЬКОВ-ХНАГХ-2009

2

Конспект лекций по разделу «Атмосфера: основные понятия и определения, физико-химические свойства пылей и газов» дисциплины

«Прикладная аэроэкология», (для студентов 2 курса дневной формы обучения спец. 7.070801 «Экология и охрана окружающей среды»). Авт. Бекетов В.Е., Евтухова Г.П., Коваленко Ю.Л.- Харьков: ХНАГХ, 2009.- 46 с.

Авторы: В.Е.Бекетов, Г.П. Евтухова, Ю.Л. Коваленко.

Рецензент: _________________

Рекомендовано кафедрой ИЭГ, протокол № __

 

3

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................................................

4

1. АТМОСФЕРА, ЕЕ СОСТАВ, СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ.............................................

5

1.1. ФАКТОРЫ, ОБУСЛОВЛИВАЮЩИЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ВОЗДУШНЫХ МАСС.........................

7

1.2. ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ АТМОСФЕРЫ.................................................................................

8

2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИСТОЧНИКОВ И УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

 

АТМОСФЕРЫ...........................................................................................................................

10

2.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ.....................................

10

3. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ЗАГРЯЗНИТЕЛИ АТМОСФЕРЫ ...................

13

3.1. ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАГРЯЗНИТЕЛИ АТМОСФЕРЫ...................................................................

13

3.2. ХИМИЧЕСКИЕ ЗАГРЯЗНИТЕЛИ АТМОСФЕРЫ ..................................................................

14

4. ХАРАКТЕРИСТИКА И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ПРИМЕСЕЙ АТМОСФЕРЫ 17

4.1. ОКСИД УГЛЕРОДА (СО)....................................................................................................

17

4.2. ДИОКСИД СЕРЫ (SО2).......................................................................................................

18

4.3. УГЛЕВОДОРОДЫ (CMHN)...................................................................................................

18

4.4. ОКСИДЫ АЗОТА (NOX) .....................................................................................................

19

4.5. АЭРОЗОЛИ..........................................................................................................................

19

4.6. ДИОКСИД УГЛЕРОДА (СО2)..............................................................................................

21

5. ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ (ТРАНСФОРМАЦИЯ) ПРИМЕСЕЙ В

 

АТМОСФЕРЕ ............................................................................................................................

22

5.1. ТРАНСФОРМАЦИЯ СОЕДИНЕНИЙ УГЛЕРОДА..................................................................

23

5.2. ТРАНСФОРМАЦИЯ МЕТАНА..............................................................................................

23

5.3. ТРАНСФОРМАЦИЯ СОЕДИНЕНИЙ СЕРЫ ..........................................................................

24

5.4. ТРАНСФОРМАЦИЯ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА.........................................................................

26

6. СМОГ И ЕГО ВИДЫ............................................................................................................

28

6.1. ФОТОХИМИЧЕСКИЙ СМОГ...............................................................................................

28

6.2. ЛОНДОНСКИЙ СМОГ.........................................................................................................

29

6.3. ЛЕДЯНОЙ СМОГ.................................................................................................................

29

7. ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЫЛЕЙ И ГАЗОВ.............

31

7.1. ПЛОТНОСТЬ ПЫЛИ ...........................................................................................................

31

7.2. ДИСПЕРСНЫЙ СОСТАВ ПЫЛИ И СПОСОБЫ ЕГО ЗАДАНИЯ .............................................

31

7.2.1. Табличный способ......................................................................................................

32

7.2.2. Графический способ..................................................................................................

32

7.2.3. Аналитический способ..............................................................................................

35

7.3. АУТОГЕЗИОННЫЕ СВОЙСТВА ПЫЛИ ...............................................................................

36

7.4. СЫПУЧЕСТЬ ПЫЛИ ...........................................................................................................

37

7.5. АБРАЗИВНОСТЬ ПЫЛИ......................................................................................................

38

7.6. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЫЛИ ................................................................................

38

7.7. СМАЧИВАЕМОСТЬ ПЫЛИ..................................................................................................

38

7.8. ПОЖАРО- И ВЗРЫВООПАСНЫЕ СВОЙСТВА ПЫЛИ...........................................................

39

8. СВОЙСТВА ГАЗОВ..............................................................................................................

40

8.1. СПОСОБЫ ЗАДАНИЯ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА ГАЗОВ..............................................

40

8.2. ПЛОТНОСТЬ, ВЯЗКОСТЬ И ТЕПЛОЕМКОСТЬ СМЕСИ ГАЗОВ ...........................................

41

8.3. ВЛАЖНОСТЬ ГАЗОВ И СПОСОБЫ ЕЕ ЗАДАНИЯ. СВЯЗЬ МЕЖДУ ПАРАМЕТРАМИ

 

ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА, «Н-D» ДИАГРАММА.............................................................................

42

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................................................................................................

45

4

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Прикладная аэроэкология» входит в программу подготовки бакалавра по специальности «Экология и охрана окружающей среды».

В конспекте рассмотрены вопросы, касающиеся атмосферы, ее состава строения и функций, приведена характеристика и классификация источников загрязнения атмосферы, описаны физические и химическте загрязнители атмосферы, дана характеристика основных примесей в атмосфере, рассмотрены основные физико-химические свойства пылей и газов.

Дисциплина дает студенту знания, с помощью которых можно выполнить расчеты параметров атмосферы в различных ее точках, расчитать параметры палегазовой смеси, необходимые для определения эффективности газоочистного оборудования.

1. Атмосфера, ее состав, строение и функции

Атмосфера — внешняя газовая оболочка Земли, механическая смесь различных газов, водяных паров и твердых (аэрозольных) частиц.

Состав атмосферы находится в состоянии динамического равновесия, поддерживаемого такими климатическими факторами, как перемещение воздушных масс (ветер и конвекция) и атмосферные осадки, жизнедеятельность животного и растительного миров, особенно лесов и планктона мирового океана, а также в результате космических процессов, геохимических явлений и хозяйственной деятельности человека.

Примерный химический состав атмосферного воздуха (в объемных процентах в пересчете на сухой воздух) выглядит следующим образом:

Рис. 1.1. Химический состав атмосферного воздуха (в объемных процентах):

азот (N2) — 78,1%; кислород (О2) — 20,85%; аргон (Ar) — 0,93%; ,диоксид углерода (СО2)— 0,033%; на долю остальных компонентов — неон (Nе), гелий (Не), криптон (Кг), ксенон (Хе), озон (Оз), водород (Н2) и др. приходится не более чем 0,04%; содержание водяных паров колеблется в пределах 0,01- 4%.

Общая масса атмосферы составляет 5,14х1015 т. Около 50% массы атмосферы приходится на нижний слой толщиной около 5 км. Масса слоя толщиной 30 км составляет 99% всей массы атмосферы.

По вертикали атмосфера имеет слоистое строение. Выделение отдельных зон (табл.) основано на изменении температуры с высотой.

Верхняя граница атмосферы четко не выделяется. Она переходит постепенно в космическое пространство.

6

Таблица 1.1. Характеристика основных зон, выделяемых в атмосфере

Осредненная температура атмосферы на средних широтах уменьшается линейно с высотой до отметки 11 км. При этом средняя температура на уровне моря принимается равной 288 К, а на высоте 11 км — 216,7 К (рис.2).

Рис.1.2. Распределение давления и температуры атмосферного воздуха по высоте (при некоторых средних условиях)

Исходя из этого стандартный, или нормальный температурный градиент равен:

-( dHdT )станд= (288 — 216,7)/10,8х103 = 0,0066 К/м.

Среднее атмосферное давление на уровне моря составляет 101,3 кПа. При условиях, соответствующих среднему давлению на уровне моря и

многолетней среднегодовой температуре атмосферного воздуха на уровне моря, равной 150С, распределение давления с высотой определяется по международной барометрической формуле:

7

Р(Н) = 101,3(1 — 6,5Н/288)5,255 , кПа где Р — давление, кПа; Н — высота над уровнем моря, км.

Солнце, Земля и земная атмосфера образуют одну большую динамическую систему.

1.1. Факторы, обусловливающие перемещение воздушных масс

Перемещение воздушных масс является результатом воздействия следующих факторов:

1.горизонтальные градиенты давления - возникают вследствие различия в нагревании воздуха и являются причиной конвекций и горизонтальных перемещений воздушных масс;

2.сила Кориолиса, возникающая вследствие вращения Земли;

КОРИОЛИСА СИЛА - сила инерции, с помощью которой учитывается влияние вращения системы отсчёта на относительное движение материальной точки. Это влияние проявляется в том, что во вращающейся системе отсчёта движущаяся материальная точка либо отклоняется в направлении, перпендикулярном к её относительной скорости, либо оказывает давление на связь, препятствующую такому отклонению.

Например, суточное вращение Земли приводит и тому, что реки, текущие в меридиональном направлении, подмывают в Северном полушарии правый (по течению) берег,

вЮжном — левый.

3.центробежное ускорение, возникающее в районах, прилегающих к

областям высокого и низкого давления; Движение воздушных потоков вокруг центров высокого давления (в се-

верном полушарии) осуществляется по часовой стрелке с отклонением наружу и вниз от кругового движения. Этот поток получил название нисходящего и является одним из возможных препятствий для рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере. При движении воздуха вокруг центра высокого давления в северном полушарии в направлении часовой стрелки формируется ан-

тициклон.

При движении воздушных потоков вокруг центров низкого давления вектор скорости направлен внутрь и вверх от кругового движения против часовой стрелки. В этом случае загрязняющие вещества из нижних слоев атмосферы переносятся вверх и рассеиваются в больших объемах воздуха. При движении воздуха вокруг центра низкого давления в северном полушарии в направлении против часовой стрелки формируется циклон.

8

4.силы трения, замедляющие движение воздуха вблизи земной поверхности.

Атмосфера выполняет следующие функции:

содержит кислород, необходимый для дыхания живых организмов;

является источником углекислого газа для фотосинтеза растений;

защищает живые организмы от космических излучений;

сохраняет тепло Земли и регулирует климат;

трансформирует газообразные продукты обмена веществ;

переносит водяные пары по планете;

является средой обитания летающих форм организмов;

служит источником химического сырья и энергии;

принимает и трансформирует газообразные и пылевидные отходы.

1.2. Природные ресурсы атмосферы

Атмосфера служит источником получения таких промышленных газов как О2, N2, Ar, CO2.

Основными потребителями кислорода являются:

1.процессы искусственного и естественного сгорания;

2.дыхание живых организмов.

Основной источник кислорода – реакция фотосинтеза – восстановление СО2 светочувствительным веществом (хлорофиллом) под действием солнечного света.

Механизм фотосинтеза из-за сложности природы многих промежуточных реакций полностью не выяснен. Однако известно, что реакция усиливается при увеличении парциального давления углекислого газа РСО2 и уменьшении парциального давления кислорода РО2 . Скорость реакции фотосинтеза зависит от интенсивности света и температуры.

В темноте скорость реакции фотосинтеза равна нулю. По мере увеличения интенсивности света скорость реакции вначале возрастает линейно, а затем по асимптоте стремится к максимальному значению Rmax. Положение Rmax зависит от РСО2 и РО2 .

9

Установлено, что в процессе фотосинтеза участвует 22,5х1010т органического вещества в год, причем 50% этого вещества принадлежит планктону океанов. В океане протекают две конкурирующие реакции – дыхание (на глубине) и фотосинтез (на поверхности). Равновесная точка расположена на глубине до 160 м в чистой воде и 1-2см – в мутной воде.

Выработка фитопланктоном кислорода снижается в результате уменьшения количества падающего на океан света. Это уменьшение является следствием рассеивания света атмосферной пылью и дымом, а также пролитой на водную поверхность нефтью.

Увеличение выделения СО2 и повышение температуры наоборот способствует ускорению реакций фотосинтеза.

Наибольшую угрозу процессу выработки О2 представляет образование газонепроницаемого слоя между источником фотосинтеза и атмосферой. Газонепроницаемый слой может возникнуть в результате розлива нефтепродуктов. Он подавляет фотосинтез, т.к. образующаяся пленка препятствует поступлению СО2 из воздуха в воду и выходу из воды образующегося кислорода. Это явление может стать причиной гипотетических проблем, с которыми человечество столкнется в будущем. В настоящее время нет непосредственных признаков серьезного нарушения цикла фотосинтеза.

Расчеты показывают, что по сравнению с количеством углерода в органической материи и ископаемом топливе запасы кислорода велики.

На 1м2 земной поверхности приходится 60000 молей кислорода при общем его расходе 8 моль/1м2 в год. На окисление 200 моль углерода, содержащегося в каждом м2 земной поверхности в виде живой ткани и гумуса, расходуется лишь 1% запасов атмосферного кислорода.

Если мы сожжем все известные запасы ископаемого топлива, то используем всего 3% имеющегося кислорода.

В то же время при оптимальных условиях 1л хлореллы может обеспечить 560 л кислорода – необходимое количество для дневного дыхания человека.

2. Общая характеристика источников и уровня загрязнения атмосферы

Загрязнение атмосферы — изменение состава атмосферы в результате попадания в нее примесей.

Примесь в атмосфере — это рассеянное в атмосфере вещество, не содержащееся в ее постоянном составе.

Загрязняющее вещество— это примесь в атмосфере, оказывающая неблагоприятное воздействие на окружающую среду и здоровье населения.

Поскольку примеси в атмосфере могут претерпевать различные превращения, их можно условно разделить на первичные и вторичные.

Первичная примесь в атмосфере - примесь, сохранившая за рассматриваемый интервал времени свои физические и химические свойства.

Вторичная примесь в атмосфере — это примесь в атмосфере, образовавшаяся в результате превращения первичных примесей.

Превращения примесей в атмосфере — процесс, при котором примеси в атмосфере подвергаются физическим и химическим изменениям под влиянием природных и антропогенных факторов, а также в результате взаимодействия между собой.

Для количественной оценки содержания примеси в атмосфере используют понятие ее концентрации – количества вещества, содержащееся в единице массы или объема воздуха, приведенного к нормальным условиям.

В различных точках урбанизированного пространства концентрации примесей в атмосфере могут существенно отличаться. Для описания этого явления используют понятие поле концентрации примеси в атмосфере – графическое изображение пространственной изменчивости концентрации примесей в атмосфере, отнесенное к установленному времени осреднения.

Загрязняющие вещества выбрасываются в атмосферу в виде смеси пыли, дыма, тумана, пара и газообразных веществ.

2.1. Классификация источников загрязнения атмосферы

Источники примесей бывают естественными, обусловленными природными процессами, и антропогенными, обусловленными деятельностью человека.

11

К числу естественных источников загрязнения атмосферного воздуха относят пыльные бури, массивы зеленых насаждений в период цветения, степные и лесные пожары, извержения вулканов. Примеси, выделяемые естественными источниками:

пыль растительного, вулканического, космического происхождения, продукты эрозии почвы, частицы морской соли;

туманы, дым и газы от лесных и степных пожаров;

газы вулканического происхождения;

продукты растительного, животного, бактериального происхождения.

Естественные источники обычно бывают площадными (распределенными) и действуют сравнительно кратковременно. Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фоновым и мало изменяется с течением времени.

Антропогенные (техногенные) источники загрязнения атмосферного воздуха, представленные главным образом выбросами промышленных предприятий и автотранспорта, отличаются многочисленностью и многообразием видов (рис. 3).

Рис.2.1.. Источники загрязнения атмосферы

1 - высокая дымовая труба; 2 - низкая дымовая труба; 3 - аэрационный фонарь цеха; 4- испарения с поверхности бассейна; 5 -утечки через неплотности оборудования; 6-пыление при разгрузке сыпучих материалов; 7- выхлопная труба автомобиля; 8 - направление движения потоков воздуха

Источники выбросов промышленных предприятий бывают стационарными (источники 1-6), когда координата источника выброса не изменяется во

12

времени, и передвижными (нестационарными) (источник 7 — автотранспорт).

Источники выбросов в атмосферу подразделяют на: точечные, линейные и площадные. Каждый из них может быть затененный и незатененный.

Точечные источники (на рис. 3 – 1, 2, 5, 7) — это загрязнения, сосредоточенные в одном месте. К ним относятся дымовые трубы, вентиляционные шахты, крышные вентиляторы.

Линейные источники (3) имеют значительную протяженность. Это аэрационные фонари, ряды открытых окон, близко расположенные крышные вентиляторы. К ним могут быть также отнесены автотрассы.

Площадные источники (4, 6). Здесь удаляемые загрязнения рассредоточены по плоскости промышленной площадки предприятия. К площадным источникам относятся места складирования производственных и бытовых отходов, автостоянки, склады горюче-смазочных материалов.

Незатененные (1), или высокие, источники расположены в недеформированном потоке ветра. Это дымовые трубы и другие источники, выбрасывающие загрязнения на высоту, превышающую 2,5 высоты расположенных поблизости зданий и других препятствий.

Затененные источники (2-7) расположены в зоне подпора или аэродинамической тени здания или другого препятствия.

Источники выбросов загрязняющих веществ в атмосферу подразделяют на организованные и неорганизованные.

Из организованного источника (1, 2, 7) загрязняющие вещества поступают в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды и трубы.

Неорганизованный источник выделения загрязняющих веществ (5, 6) образуется в результате нарушения герметичности оборудования, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу пыли и газов, в местах загрузки, выгрузки или хранения продукта. К неорганизованным источникам относят автостоянки, склады горюче-смазочных или сыпучих материалов и другие площадные источники.

3.Физические и химические загрязнители атмосферы

3.1.Физические загрязнители атмосферы

Организм человека в процессе жизнедеятельности подвергается вредным химическим и физическим воздействиям.

К числу вредных физических воздействий (физическое загрязнения) относят загрязнение, связанное с изменением физических параметров среды – радиационных, шумовых, световых, температурных, электромагнитных и др.

Ионизирующие излучения — радиационные воздействия высокого уровня энергии (потоки α-, β- и γ-частиц, образующиеся при радиоактивном распаде или в ускорителях), электромагнитные излучения длиной волны менее 10-7 см.

Ионизирующие излучения характеризуются высокой степенью биологического воздействия на уровне молекул и клеток, отдельных органов и организма в целом. При этом происходит поглощение биосубстратом энергии излучения, ионизация атомов и молекул, повреждение молекулярных соединений и образование активных свободных радикалов.

Неионизирующие излучения — часть электромагнитного спектра длиной волны более 10-7 см в диапазоне от низких до лазерных частот, малые дозы радиоактивного излучения.

Неионизирующие излучения не оказывают столь быстрого разрушающего действия на живые организмы как ионизирующее излучение, однако отдаленные последствия его воздействия часто оказываются достаточно опасными.

Акустические воздействия — шум, ультразвук, инфразвук и вибрация. Акустическое воздействие — шум представляет собой беспорядочные колебания сложной спектральной структуры. Интенсивность и спектральный

состав шума определяют степень воздействия на организм в целом. Акустические колебания в зависимости от частоты подразделяются на

ультразвук (с частотой более 20 000 Гц), звук - воспринимается органами слуха человека (от 16 до 20000 Гц) и инфразвук (частота менее 16-25 Гц).

14

Сильный шум отрицательно воздействует на органы слуха человека, ухудшается восприятие звуков. Постоянное его воздействие снижает трудоспособность, является причиной неврозов и многих других заболеваний.

Вибрация и инфразвук негативно воздействуют на состояние людей, вызывая ощущения учащенного колебания внутренних органов и болевые ощущения, синдром морской болезни, а также чувство тревоги, страха, затрудняют интеллектуальную деятельность. Источниками инфразвуковых колебаний и связанных с ними вибраций являются компрессорные станции, вентиляторы, кондиционеры, градирни, турбины дизельных электростанций и т. д.

3.2. Химические загрязнители атмосферы

Химическое загрязнение воздуха – это выбросы в атмосферу химических элементов и их соединений. Выбросы эти характеризуются по 4-м признакам:

1.По агрегатному состоянию: газообразные, жидкие и твердые.

2.По химическому составу: -сернистый ангидрид; -углерода окись; -оксиды азота;

- и т.д.

Перечень веществ, для которых установлены уровни ПДК и ОБУВ, включает более 2000 наименований.

3.По размеру частиц: -менее 0,5 мкм; -от 0,5 до 3 мкм; -от 3 до 10 мкм; -от 10 до 50 мкм; -от 50 мкм и более.

4.По массе выбрасываемого вещества: -менее 1 кг/час;

15

-от 1 до 10 кг/час; -от 10 до 100 кг/час; -от 100 до 1000 кг/час;

-от 1000 до 10000 кг/час; -от 10000 кг/час и более.

Наиболее распространенными загрязняющими веществами, поступающими в атмосферный воздух от техногенных источников, являются:

1.

оксид углерода -

СО;

2.

диоксид серы -

2;

3.

оксиды азота –

NOx,

4.

углеводороды –

СmНn,

5.

пыль.

 

Из всей массы загрязняющих вредных веществ, поступающих в атмосферу от антропогенных источников, около 90% составляют газообразные, 10% - твердые и жидкие вещества.

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.1

 

Выбросы от различных источников

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доля выбросов вредных веществ в %

Источники загрязнения

 

 

1987 год

 

1999 год

 

Общие ми-

Из них

 

РФ

 

 

ровые вы-

СССР

 

США

 

 

бросы

 

 

 

 

 

 

 

 

Энергетика с топливодо-

 

44

31

 

25

25

бычей

 

 

 

 

 

 

 

 

Промышленность (без

 

35

24

 

20

18

энергетики)

 

 

 

 

 

 

 

 

Автотранспорт

 

13

37

 

42

38

Прочие (ж/д транспорт,

 

8

8

 

13

19

авиа, водн.тр. и др.)

 

 

 

 

 

 

 

 

РФ в настоящее время дает 5% (50 млн.т.) мировых выбросов ( более 1 млрд.т/год)

Самый чистый воздух на земле находится над океаном. Уровень загрязнения превышает этот показатель:

16

в10 раз - сельской местности;

в35 раз – над поселками и малыми городами:

в150 раз – над крупными промышленными центрами. Превышение концентрации загрязняющих веществ над фоновыми может

достигать:

для СО от 80 до 1250 раз; для SО2 от 50 до 300 раз; для NOx, до 25 раз; для О3 до 7 раз.

Средние ежегодные выбросы примесей в атмосферу (млн.т/год) от антропогенных и естественных источников представлены в таблице.

 

 

 

 

Таблица 3.2.

 

Средние ежегодные выбросы примесей в атмосферу

 

 

 

 

 

Вещество

 

Естественные ис-

Антропогенные

% антропогенного

 

 

точники

источники

выброса

Пыль

 

3700

1000

27

 

 

 

 

 

СО

 

5000

304

5,7

 

 

 

 

 

СmНn

 

2600

88

3,3

NOx

 

770

53

6,5

2

 

650

100

13,3

СО2

 

485

18,3

3,6

4. Характеристика и основные свойства примесей атмосферы

4.1. Оксид углерода (СО)

Оксид углерода (СО) - (337-5/3-4) 1- самая распространенная и наиболее значительная примесь атмосферы, называемая в быту угарным газом. Содержание СО в естественных условиях от 0,01 до 0,2 мг/м3.

Основная масса выбросов СО образуется в процессе сжигания органического топлива, прежде всего в двигателях внутреннего сгорания. Содержание СО в воздухе крупных городов колеблется в пределах 1÷250 мг/м3 при среднем значении 20 мг/м3. Наиболее высокая концентрация СО наблюдается на улицах и площадях городов с интенсивным движением, особенно у перекрестков.

Высокая концентрация СО в воздухе приводит к физиологическим изменениям в организме человека, а концентрация более 750 мг/м3 - к смерти. СО - исключительно агрессивный газ, легко соединяющийся с гемоглобином крови, образуя карбоксигемоглобин. Состояние организма при дыхании воздухом, содержащим угарный газ, характеризуется данными, приведенными в таблице 4.1.

Таблица 4.1.

Действие угарного газа на организм человека

Степень воздействия СО на организм человека зависит также от длительности воздействия (экспозиции) и вида деятельности человека. Например, при содержании СО в воздухе 10-50 мг/м3, которое наблюдается на перекрестках улиц больших городов, при экспозиции 60 мин отмечаются на-

1 337 – код вещества; 5/3-4 – означает ПДК м.р.=5мг/м3; ПДК с.с=3мг/м3; класс опасности – 4-й.

18

рушения, приведенные в п.1, а при экспозиции от 12 часов до 6 недель — в п.2. При тяжелой физической работе отравление наступает в 2÷3 раза быстрее. Образование карбоксигемоглобина - процесс обратимый, через 3-4 ч содержание его в крови уменьшается в 2 раза. Время пребывания СО в атмосфере составляет 2—4 месяца.

4.2. Диоксид серы (SО2)

Диоксид серы (SО2) - (330-0,5/0,05-3)— бесцветный газ с острым запахом. На его долю приходится до 95% от общего объема сернистых соединений, поступающих в атмосферу от антропогенных источников. До 70% выбросов SО2 образуется при сжигании угля, около 15% - при сжигании мазута.

При концентрации диоксида серы 20-30 мг/м3 раздражается слизистая оболочка рта и глаз, во рту возникает неприятный привкус. Весьма чувствительны к SО2 хвойные леса. При концентрации SО2 в воздухе 0,23—0,32 мг/м3 в результате нарушения фотосинтеза происходит усыхание хвои в течение 2-3 лет. Аналогичные изменения у лиственных деревьев происходят при концентрациях SО2 0,5-1 мг/м3.

4.3. Углеводороды (CmHn)

Углеводороды mНn,. m=С1219)- (2754-1/_-4) Основной техногенный источник выбросов углеводородов (СmНn) - пары бензина, метан, пентан, гексан) - автотранспорт. Его удельный вес составляет более 50% от общего объема выбросов. При неполном сгорании топлива происходит также выброс циклических углеводородов, обладающих канцерогенными свойствами. Особенно много канцерогенных веществ содержится в саже, выбрасываемой дизельными двигателями.

Из углеводородов в атмосферном воздухе наиболее часто встречается метан, что является следствием его низкой реакционной способности. Углеводороды обладают наркотическим действием, вызывают головную боль, головокружение. При вдыхании в течение 8 часов паров бензина с концентрацией более 600 мг/м3 возникают головные боли, кашель, неприятные ощущения в горле.

19

4.4. Оксиды азота (NOx)

Оксиды азота (NO, NO2) образуются в процессе горения при высокой температуре в результате окисления части азота, находящегося в атмосферном воздухе. Под общей формулой NOx обычно подразумевают сумму NO и NO2. Основные источники выбросов NOx: двигатели внутреннего сгорания, топки промышленных котлов, печи.

NO2 - (301-0,2/0,04-2) газ желтого цвета, придающий воздуху в городах коричневатый оттенок. Отравляющее действие NO2 начинается с легкого кашля. При повышении концентрации кашель усиливается, начинается головная боль, возникает рвота. При контакте с водяным паром, поверхностью слизистой оболочки образуются кислоты НNO3 и НNO2, что может привести к отеку легких. Продолжительность нахождения NO2 в атмосфере - около 3-х суток.

NO – (304-0,4/0,06-3) бесцветный газ, без запаха, без вкуса, негорючий, слабо растворяется в воде. На воздухе NO окисляется до NO2

4.5. Аэрозоли

Взвешенные вещества образуют двухфазную (бинарную) полидисперсную систему, которая получила название аэрозоли. Общее число разновидностей загрязняющих атмосферу аэрозолей составляет несколько сотен.

Аэрозоли принято делить на три класса: пыли, дымы и туманы. Пыли - полидисперсные системы твердых взвешенных частиц разме-

ром от 5 до 100 мкм. Иногда пылью называют непосредственно твердые взвешенные частицы.

Дымы — аэрозоли, образующиеся при горении или возгонке, содержатся в выбросах электропечей, вагранок, электросварочных участков. Размеры взвешенных частиц от 0,1 до 5 мкм.

Туманы состоят из капелек жидкости, диспергированных в газовой среде. В каплях могут содержаться растворенные вещества или суспендированные твердые частицы. Образуются в результате конденсации паров или распыления жидкости. В первом случае размер капель близок к размеру час-

20

тиц в дымах, во втором - к пыли. Образуются при окраске, при закалке изделий в масле.

Особое место занимают продукты сгорания топлива: сажа и зола. Сажа - токсичный высокодисперсньий порошок, на 90-95% состоящий

из частиц углерода. Образуется при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов. Обладает большой адсорбционной способностью по отношению к тяжелым углеводородам, в том числе к бенз(а)пирену, что делает сажу опасной для человека: ПДКм.р. = 0,15 мг/м3 ПДКс.с. = 0,05 мг/м3.

Зола - несгораемый остаток, образующийся из минеральных примесей топлива при его полном сгорании. Состав во многом определяется видом и составом топлива.

Влияние взвешенных веществ на человека и на окружающую среду определяется их составом и свойствами.

Особую опасность для здоровья человека представляют токсичные тонкодисперсные пыли с размером частиц 0,5-10 мкм, которые легко проникают в органы дыхания.

Средний размер частиц пыли в атмосферном воздухе - 7÷8 мкм. Пыль оказывает вредное воздействие на человека, растительный и животный мир, поглощает солнечную радиацию и тем самым влияет на термический режим атмосферы и земной поверхности. Частицы пыли служат ядрами конденсации при образовании облаков и туманов. Основная масса пыли вымывается из атмосферы осадками.

Основные антропогенные источники пыли:

промышленность добычи и переработки стройматериалов (производство цемента, дробление щебня и т.д.);

сталелитейная промышленность (бурый дым – оксиды железа);

цветная металлургия (частицы Al, Cu, Zn, …);

автотранспорт, сжигание отходов, топлива (сажа, зола). Примерный состав пыли воздуха крупных промышленных центров:

¾ 20% - оксиды железа;