- •Ю.С. Рыбаков процессы и аппараты защиты окружающей среды
- •280202 – Инженерная защита окружающей среды Екатеринбург
- •Оглавление
- •Глава 1. Научные основы технологических процессов . . . 10
- •1.2.1. Теплопроводность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
- •1.4. Процессы разделения неоднородных и гетерогенных систем . . . . . . . . . 35
- •Глава 2. Защита атмосферного воздуха от загрязнения . . . 61
- •Глава 3. Защита водного бассейна от загрязнения . . . . . . . . . 102
- •Глава 4. Утилизация и ликвидация бытовых
- •Глава 5. Защита окружающей среды от энергетического
- •Предисловие
- •Введение
- •Глава 1. Научные основы технологических процессов
- •1.1. Основные понятия и законы природоохранных технологий
- •1.1.1. Два вида переноса вещества и энергии
- •Это уравнение будем называть материальным балансом. Из уравнения (1.1) видно, что в процессе производства происходит перенос массы из одних компонентов, входящих в аппарат, в другие.
- •1.1.2. Движущая сила технологического процесса
- •1.1.3. Закономерности переноса массы и энергии
- •1.1.4. Классификация и принципы оптимизации основных
- •Классификация основных процессов природоохранных технологий
- •1.2. Теплообменные процессы
- •1.2.1. Теплопроводность
- •1.2.2. Конвекция
- •1.2.3. Тепловое излучение
- •1.2.4. Теплоносители и их свойства
- •1.2.5. Теплоотдача при конденсации пара
- •1.2.6. Теплопередача при кипении жидкостей
- •1.2.7. Процессы выпаривания
- •1.3. Массообменные процессы
- •1.3.1. Массопередача, массоотдача и массопроводность
- •1.3.2. Абсорбция
- •1.3.3. Ректификация
- •1.3.4. Адсорбция
- •1.3.5. Ионный обмен
- •1.3.6. Экстракция
- •1.3.7. Сушка
- •1.3.8. Кристаллизация
- •1.4. Процессы разделения неоднородных и гетерогенных систем
- •1.4.1. Классификация неоднородных и гетерогенных систем
- •Классификация неоднородных и гетерогенных систем
- •1.4.2. Процессы осаждения под действием силы тяжести
- •1.4.3. Фильтрование
- •1.4.4. Коагуляция и флокуляция
- •1.4.5. Флотация
- •1.5. Химические и биохимические процессы, протекающие при очистке вод
- •1.5.1. Химические процессы
- •1.5.2. Сущность отдельных химических процессов и их роль
- •1.5.3. Биохимические процессы
- •1.6. Воздействие транспорта на окружающую среду
- •1.6.1. Влияние предприятий железнодорожного транспорта
- •1.6.2. Основные процессы, протекающие при воздействии
- •1.6.3. Характеристика топлив, используемых на объектах транспорта
- •1.6.4. Характеристика основных токсичных веществ, содержащихся
- •Глава 2. Защита атмосферного воздуха от загрязнения
- •2.1. Общие вопросы защиты атмосферы от загрязнения
- •2.1.1. Источники загрязнения атмосферы
- •2.1.2. Нормирование качества атмосферного воздуха
- •Предельно допустимые концентрации некоторых веществ в воздухе, мг/м3
- •2.1.3. Классификация источников загрязнения
- •2.2. Пассивные методы защиты атмосферы от загрязнения
- •2.2.1. Стадия проектирования предприятия
- •2.2.2. Инвентаризация и расчет предельно допустимых выбросов
- •2.2.3. Установление санитарно-защитной зоны вокруг предприятия
- •2.2.4. Расчет высоты трубы для рассеивания газовоздушных выбросов
- •2.3. Методы очистки отходящих газов от аэрозолей
- •2.3.1. Сухие пылеуловители
- •2.3.2. Мокрые пылеуловители
- •2.3.3. Электрофильтры
- •2.3.4. Фильтры
- •3.6. Туманоуловители
- •2.4. Очистка промышленных выбросов от токсичных газовых примесей
- •2.4.1. Метод абсорбции
- •2.4.2. Метод хемосорбции
- •2.4.3. Адсорбционные методы
- •2.4.4. Методы каталитической очистки газов
- •2.4.5. Метод термической очистки газов
- •2.5. Методы и устройства для очистки выхлопных газов карбюраторных и дизельных двигателей
- •2.5.1. Нейтрализаторы отработавших газов
- •2.5.2. Фильтры для улавливания дисперсных частиц
- •2.5.3. Использование новых рабочих процессов и видов энергоресурсов
- •2.5.4. Очистка отработавших газов при реостатных
- •Глава 3. Защита водного бассейна от загрязнения
- •3.1. Общие вопросы защиты водных объектов от загрязнения
- •3.1.1. Характеристика водопользования и водопотребления
- •3.1.2. Критерии качества воды
- •Критерии оценки загрязненности воды по пдк вредных веществ
- •3.1.3. Качество вод, используемых в промышленности
- •3.2. Пассивные методы защиты гидросферы от загрязнения
- •3.2.1. Особенности канализования сточных вод
- •3.2.2. Условия выпуска производственных сточных вод
- •3.2.3. Расчет предельно допустимого сброса вредных веществ
- •3.2.4. Установление водоохранных зон и прибрежных защитных полос
- •3.3. Классификация сточных вод
- •3.3.1. Классификация по принципу допустимости
- •3.3.2. Классификация сточных вод по дисперсному составу примесей
- •3.3.3. Классификация сточных вод в зависимости
- •4. Механические (физические) методы очистки сточных вод
- •3.4.1. Процеживание и отстаивание примесей
- •4.2. Осветление сточных вод, улавливание жиров и нефтепродуктов
- •4.3. Фильтрование
- •4.4. Гидроциклонирование
- •3.5. Химические, физико-химические и биологические методы очистки и обезвреживания сточных вод
- •3.5.1. Химическая очистка сточных вод
- •3.5.2. Физико-химические методы очистки
- •3.5.3. Методы биологической очистки сточных вод
- •3.5.4. Методы биологической очистки сточных вод
- •3.5.5. Доочистка сточных вод
- •Глава 4. Утилизация и ликвидация твердых отходов
- •4.1. Опасность отходов для окружающей природной среды
- •4.1.1. Источники возникновения твердых отходов
- •4.1.2. Классификация отходов
- •4.1.3. Нормирование допустимого количества отходов
- •Классификация опасности отходов производства
- •4.2. Основные технологические принципы утилизации, обезвреживания и захоронения отходов
- •2.1. Размещение отходов
- •4.2.2. Переработка отходов на месте складирования
- •4.2.3. Переработка отходов пластических масс
- •4.2.4. Сжигание отходов
- •4.2.5. Обезвреживание и захоронение радиоактивных отходов
- •4.3. Утилизация и ликвидация осадков сточных вод
- •4.3.1. Технологический цикл обработки осадков сточных вод
- •4.3.2. Уплотнение, стабилизация и кондиционирование осадков
- •4.3.3. Обезвоживание и ликвидация осадков сточных вод
- •Глава 5. Защита окружающей среды от энергетического воздействия
- •5.1. Защита окружающей среды от шума и вибраций
- •5.1.1. Шум и его характеристики
- •5.1.2. Нормирование шума
- •5.1.3. Расчет шумовых характеристик
- •5.1.4. Меры борьбы с шумовым загрязнением
- •5.2. Защита от электромагнитного загрязнения
- •5.2.1. Электромагнитное загрязнение среды и его источники
- •5.2.2. Предельно допустимые уровни электромагнитных полей
- •5.2.3. Защита от электромагнитных полей
- •Заключение
- •Библиографический список
- •620034, Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66 УрГупс
- •Ю.С. Рыбаков
- •Процессы и аппараты защиты
- •Окружающей среды
- •Екатеринбург
1.6.4. Характеристика основных токсичных веществ, содержащихся
в отработавших газах
Вредные и токсичные вещества, содержащиеся в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания, в зависимости от механизма их образования можно разделить на группы:
- углеродсодержащие вещества – продукты полного и неполного сгорания топлив (углекислый и угарный газы, углеводороды, в том числе полициклические ароматические, сажа);
- вещества, механизм образования которых непосредственно не связан с процессом сгорания топлива (оксиды азота);
- вещества, выброс которых связан с примесями, содержащимися в топливе (соединения серы, свинца, других тяжелых металлов), воздухе (кварцевая пыль, аэрозоли), а также образующимися в процессе износа деталей (оксиды металлов).
Конечными продуктами окисления топлива являются углекислый газ и вода, которые не относятся к токсичным веществам. Однако за последние 15-20 лет отношение к выбросам углекислого газа резко изменилось. Это связано с фиксируемым повышением (на 25%) его в атмосфере планеты и влиянием на изменение климата (так называемый «парниковый эффект»). Расчетами установлено, что на железных дорогах при эксплуатации тепловозов выбрасывается 3 кг углекислого газа на 100 тарифных тонно-километров.
Оксид углерода (угарный газ) образуется при сжигании топлива с некоторым недостатком кислорода, а также при диссоциации углекислого газа при температурах выше 2000 К. Оксид углерода бесцветен, легче воздуха, свободно распространяется в атмосфере. Под его воздействием нарушается газовый обмен в организме человека, так как он воздействует на красные кровяные шарики. В результате эритроциты теряют способность переносить кислород и наступает удушье. При острых отравлениях угарным газом человек ощущает резкую слабость, у него появляется шум в ушах, головокружение, иногда наступают судороги, а нередко человек теряет сознание.
Оксиды азота представляют набор следующих соединений: N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4, N2O5. Преобладает NO (99% в бензиновых двигателях и более 90% в дизелях), который неустойчив при выходе из двигателя, быстро окисляется озоном или кислородом воздуха до двуокиси азота. Оксиды азота (NO и NO2), попадая в организм человека, соединяются с водой и образуют в дыхательных путях соединения азотной и азотистой кислот. Эти оксиды в малых дозах не имеют запаха. Удовлетворительно чувствуя себя в присутствии опасных концентраций оксидов азота, человек впоследствии тяжело заболевает. Вдыхание с воздухом оксидов азота с концентрацией 0,01% в течение 0,5-1 часа разрушает легочную ткань и может вызвать хронические заболевания (эмфизему легких, астму, бронхит). По действию на организм оксиды азота в 41 раз опаснее оксида углерода. Оксиды азота раздражающе действуют на слизистые оболочки глаз, носа и рта. Они участвуют в образовании смога.
К углеводородам СхНу относятся несколько десятков наименований веществ, образующихся в результате:
- реакций цепочно-теплового взрыва – пиролиза и синтеза (полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), альдегиды, фенолы);
- неполного сгорания в результате нарушения процессов горения (из-за прекращения реакций окисления углеводородов при низких температурах, неоднородности топливно-воздушной смеси, пропусков зажигания в отдельных циклах или цилиндрах двигателя) (несгоревшие компоненты топлива и масла).
Наиболее токсичны из углеводородов ПАУ. Максимальный уровень токсичности имеет бенз(а)пирен С20Н12. Гипотетическая реакция его образования при пиролизе топлив при температуре более 873 К может быть записана в виде:
С6Н2 + 3С2Н2 + 4С2Н = С20Н12, (1.73)
где С6Н2 – полирадикал, представляющий зародыш сажи, С2Н2 и С2Н – элементные строительные блоки. Бенз(а)пирен образуется одновременно с сажей по сходному механизму.
Формальдегид – газ с резким неприятным запахом, раздражает слизистые оболочки, поражает центральную нервную систему, вызывает воспаление органов дыхания. При концентрации формальдегида в атмосфере 0,007% наблюдается легкое раздражение дыхательных путей и слизистых оболочек глаза и носа; при концентрации 0,18% возникает сильное раздражение.
Акролеин – сильно ядовитый газ с раздражающим запахом подгоревших жиров и масел: содержание его в атмосфере 0,002% непереносимо, 0,0005% - труднопереносимо, и только 0,00008% для человека неопасно.
Сернистые соединения – сернистый газ и сероводороды, образуются при горении серы, содержащейся в моторном топливе. Они оказывают сильное раздражающее действие на слизистые оболочки горла, носа, глаз. Пагубное действие на растения двуокиси серы начинается с концентрации на уровне 0,02 мг/м3. Вступая в реакцию с водой, образуют сернистую, серную и сероводородную кислоты.
Твердые частицы включают нерастворимые (сажу, оксиды металлов, диоксид кремния, сульфаты, нитраты, асфальты, соединения свинца) и растворимые в органическом растворителе (смолы, фенолы, альдегиды, лак, нагар, тяжелые фракции, содержащиеся в топливе и масле) вещества. Твердые частицы в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания состоят на 68-75% из нерастворимых веществ и на 25-32% – из растворимых.
Сажа является основным компонентом нерастворимых твердых частиц. Образуется при объемном пиролизе (термическом разложении углеводородов в газовой или паровой фазе при недостатке кислорода). Механизм образования включает несколько стадий:
- образование зародышей;
- рост зародышей до шестиугольных пластинок графита;
- увеличение размеров частиц (коагуляция) до сложных образований – конгломератов, включающих 100-150 атомов углерода;
- выгорание;
- выделение сажи из пламени.
Сажа, как и любая мелкая пыль, засоряет дыхательные пути, раздражает их и может явиться причиной хронических заболеваний носоглотки. Попадая в легкие, она вызывает легочные заболевания, но главная опасность сажи заключается в том, что она является переносчиком канцерогенных веществ, в первую очередь бенз(а)пирена. Наличие сажи в отработавших газах является не только «наглядным» показателем загрязнения окружающей среды, но и используется при диагностике двигателя.
Свинец в составе твердых частиц (из-за использования этилированных бензинов) присутствует в виде соединений галогенидов свинца, которые образуются по сходному механизму образования сажи.