Вопрос 12: Что принимают за толщину озонового слоя и в чем она измеряется?

Ответ:

Толщина озонового слоя – толщина слоя озона в столбе атм. воздуха, приведенная к нормал. усл-м (760 мм рт.ст., t = 20 ͦС).

Измеряется в отн.мм или ед-х Добеона: 1 отн.мм = 100 е.Д.

Вопрос 13: Зависимость толщины озонового слоя от географической широты и времен и года. Где находится область максимальной концентрации озона в атмосфере?

Ответ:

Озон неравномерно распред-ся в атм-е от пов-ти Земли до верх. границы мезосферы.

Зоны:

1) поляр. зона (max. среднегод. сод-е озона = 400 е.д.; max. сезон. колеб-я = 50%, max. осенью – min. весной, зона max. концентрации озона наиболее близко расположена к Земле h = 13-15 км);

2) тропич. зона (миним. среднегод. сод-е озона = 265 е.д.; миним. сез. колеб-я = 10-15%, зона макс. концент-и h = 24-27 км);

3) средн. широты (сез. колеб-я = 30-40%, зона макс. концент-и h = 19-21 км).

Причина сез. колеб-й: движ-е воздушных масс.

Макс. конц-я озона: озоновый слой – часть стратосферы на высоте от 12 до 50 км (в тропических широтах 25—30 км, в умеренных 20—25, в полярных 15—20).

Вопрос 14: Механизм разложения озона под действием фреонов.

Ответ:

1) ФХУ под дей-м коротковолн. УФ-излуч-я диссоц-т с образ-м свобод. атомов Cl:

FCCl3  FCL2C + Cl;

2) Свобод. атомы Cl вступают в р-цию с озоном и образ-м оксида Cl:

Cl + O3  ClO + O2;

3) При взаимодей-и ClO с молекуляр. O2 в ОСНОВНОМ состоянии вновь образ. Cl:

ClO + O(³P)  Cl + O2.

Хлор. цикл замыкается, а нул. цикл озона нарушается. В рез-те цеп. р-ции один атом Cl способен разрушить до 100 тыс. молекул озона.

Вопрос 15: Негативные последствия снижения концентрации озона в атмосфере.

Ответ:

1. Рак кожи (меланома);

2. Катаракта;

3. Сниж-е продуктив-ти фитопланктона, etc.

Международ. соглаш-я по сохр-ю озон. слоя:

1. Монреал. Протокол – 1987 (прекр. произ-во фреонов к 2000 году, прекр. произ-во тетрахлорметана и i.i.i-трихлорметана к 2000 году, прекр. произ-во галонов/бромир. углеводородов к 2000 году).

Лекция: «Защита атмосферы»:

Атмосфера – воздушная обол-ка Земли.

m_атм. = 5*15*10¹⁵ т.

Состав: 78% -- азот; 21% -- кислород; 1% -- аргон; незнач. % доли проч. газов (CO2, He, etc.).

Строение:

1) тропосфера (до 18 км от пов-ти; t = 60 ͦС, 80% от общ. m, m_{вод. пара}=2-5%, сильн. турбул-ть);

Происх. образ-е облаков, циклонов, антициклонов;

2) стратосфера ( до 55 км; 20% от m_атм.; t повыш. от -60 до 0; низк. сод-е вод. пара; слаб. турбул-ть).

На высоте 22-25 км наход-ся обл-ть с повыш. Концентрацией озона, кот. поглощает жестк. УФ-излуч-е зоны В (280-320 нанометров) и защищ. все живое от его губит. возд-я.

3) мезосфера (до 85 км, t пониж. до 90; 0,3% от m_атм.).

4) термосфера (до 800 км; 0,05% от m_атм.; граница м-ду атм-й и космосом);

5) экзосфера (от 700 до 2-3 тыс. км; газ. молекул нет).

Эволюция:

1) первич. атм-а (4 млрд. л.н.; легк. газы захватывались из межпланет. атм-ы);

2) вторич. атм-а (сформир. в рез-те вулканич. деят-ти и дегазации мантии Земли; по составу – атм-а восстановительная);

3) третич. атм-а (сформир. в рез-те жизнедеят-ти цианобактерий).

Загрязняющие вещества:

1) основные (CO, NxOy, SO2, CxHy, тв. частицы);

2) специфические (Cl2, NH4, F, H2S, тяж. металлы).

Токсическое действие основных загрязнителей:

1) СО (бесцвет. газ б/запаха, не раздраж. слиз. обол-ки, образ-ся при неполн. сгорании топлива – двиг-ли внутр. сгор-я, котельные, пром предприятия; взаимодейств. гемоглобином, образуя карбоксогемоглобин, кот. не может удерж. О2; при высоких концент-х вызыв. удушье).

2) NxOy (N2O – закись, NO – окись, NO2 – двуокись, N2O3 – алгидрид).

NO – разруш-е озон. слоя: NO + O3  NO2 + O2.

NO2 (бесцвет. газ б/запаха, раздраж. слиз-е глаз и дых. путей; выс. конц-я = отек легких).

Вызывает кислот. осадки: 2NO2 + H2O  HNO2 + HNO3.

NxOy + CxHy = обр-е токс. соед-я, в т.ч. пероксиацетилнитрат, кот. явл. компонентом смога.

Ист-ки: двиг-ли внутр. сгор-я, металлург. предп-я, ТЭЦ, котельные.

3) SO2 (бесцвет. газ с резк. запахом, раздраж. дых. пути).

Окисляется до SO3, кот. вместе с влагой воздуха превращ в H2SO4 (кисл. ост-к):

SO3 + H2O  H2SO4.

Ист-ки: ТЭЦ на кам. угле/природ. газе, котельные, металлург. пред-я.

4) СхНу (при полн. сгорании топлива вызыв. тошноту, голов. боль, головокруж-я).

Ист-ки: двиг-ли внутр. сгор-я, нефтегаз./нефтетех. пред-я, ПЗС.

5) Тв. частицы (пыль, зола, etc., оказ механ. возд-е, засор слиз-е глаз и дых. путей).

Ист-ки: двиг-ли внутр. сгор-я, ТЭЦ, котельные, пром. пред-я.

Источники загрязнения атмосферы:

1) Стационарные (пром. пред-я).

Металлургия (27%), энерг-ка (25%), нефтегаз. (12%), нефтехим. (8%).

Причины: недост. оснащ-ть очист. соор-ми, их плохое техн. сост-е; имеющ-ся очист. соор-я очищ. воздух в больш. степени от пыли, нежели от проч. токс. в-в.

2) Нестационарные (транспорт, сжиг-е топлива…).

Состав: 78% -- CO; 18 CxHy; 8% -- NxOy; сажа и бензапирен.

Около городов превыш-е в 10-30 раз (Мск – 1 млн т./год).

Пути снижения выбросов автотранспорта:

1) совершенствование автодвигателей;

2) улуч-е кач-ва топлива;

3) уст-ка нейтрализаторов отраб. газов;

4) переход на альтернатив. виды топлива;

5) строит-во развязок и эстакад.

Классификация выбросов по ГОСТу:

1. По агрегатному состоянию (твердые, жидкие, углеводороды, газы).

Как правило, выбросы являются смешанными

2. ПО химическому составу

3. По размерам частиц

(меньше 0.5, от 0.5-3, от 3-10 микрон и свыше 10 микрон).

4. По температуре (нагретые и холодные)

5. По высоте источника (низкие-менее 20 м, промежуточные-20-40 м, и высокие-свыше 40 м).

6. По происхождению (Первичные — поступающие непосредственно от тех или иных источников, вторичные — являющиеся продуктами преобразования в атмосфере первичных выбросов).

7. По организации отвода и контроля (организованные - поступающие через трубы, шахты и т.д.; неорганизованные - поступающие в результате разгермитезаций, аварий и т.п)

8. Вентиляционные (которые могут поступать от общеобменной вентиляции или от местной вытяжки) и Технологические (поступающие от вытяжных систем технологического оборудования)

9. По массе( менее 1 кг/ч, от 1-10кг/ч, от 10-100 кг\ч и тд).

Показатели загрязнения атмосферного воздуха:

1) колич. хар-ки (qмах – макс. конц-я примесей за 20 мин/сутки/месяц; qсред. = сред конц-я…; q – повтор-ть превыш-я конц-и свыше 1 ПДК; q_i – пов-ть превыш-я конц-и свыше 5 ПДК);

Уровни загрязнения атмосферного воздуха:

1) Низк. (ИЗА = 0-4);

2) Повыш. (ИЗА = 5-6);

3) Высок. (ИЗА = 7-13);

4) Оч. высок. (ИЗА > 14).

ИЗА – индекс загр-ти атм-ы – аддитив. величина, учит. среднегод. конц-и примесей и пок-ль агр-ти примесей (в 47% городов РФ – ИЗА = 7-13).

Методы очистки выбросов в атмосферу:

Очистка выбросов от пыли:

Все методы очистки выбросов от пыли подразделяются на «сухие» и «мокрые».

I. Сухие методы

1. Циклоны, пылеуловители (используется для предварит. оч-ки сильнозагр. воздуха от крупнодисперсной пыли (больше 10 микрометров)).

Рассмотрим схему цилиндрического пылеуловителя:

Принцип действия:

Загряз. воздух поступает через вход. патрубок (1) в направлении по касательной к стенке (2). В циклоне воздух совершает поступательно-вращательные движ-я, при этом частицы пыли, за счет центробеж. сил, отбрасываются к его стенкам и скапливаются в герметичном бункере (3).

За счет воздуха разворачивается на 180 градусов в бункере и образует вихрь и удаляется через выходной патрубок (4).

Сухие фильтры представляют собой герметичную камеру с перегородкой.

В зав-ти от типа фильтрующ. мат-ла, сухие фильтры бывают:

а) зернистые (используются для «грубой» очистки сильнозагр. воздуха. Фильтроматериал — галька, объемный шлак, керамзит, и т.д.)

б) с гибкими пористыми перегородками (используются для тонкой очистки воздуха. Фильтроматериалы — хлопчатобумажные, лавсановые, капроновые ткани, а так же нетканые фильтрующие материалы).

в) с полужесткими пористыми перегородками (фильтрующий материал — стекловолокно, металлические сетки и т.д., используются при повышенных температурах).

г) с жесткими пористыми перегородками (пористая керамика, металлокерамика, используется при повышенных температурах в экстремальных условиях).

В этих методах загрязняющие вещества (пыль) связываются с помощью орошающей жидкости.

I. Мокрые методы

Аппараты для мокрой очистки:

Пенные аппараты, скрубберы.

Рассмотрим схему схему скруббера «Вентури»:

Принцип действия:

Загрязняемый воздух подается в самую узкую часть трубы «Вентури». Там же с помощью центробежной подсумки распыляется орошающая жидкость (вода).

Поглощение частиц пыли осуществляется за счет сил энерции и Броуновского движения. Высокая эффективность очистки (95-99%) обеспечивается развитой поверхностью контакта между жидкостью и загрязненным воздухом и высокой турбулентностью газо-жидкостного потока.

Очистка воздуха от токсичных газов и паров.

Сорбционные методы

Сорбция — поглощ-е одного в-ва (сорбата) другим (сорбентом), осущ-я за счет сил межмолекул. взаимодействия.

Сорбция — обратимый процесс.

Десорбция — это удаление поглощенного вещества из сорбента.

Хемосорбция — это процесс сорбции (поглощения), сопровождающееся химической реакцией и являющейся необратимым.

Абсорбция — процесс массопереноса м-ду растворимым газообразным компонентом и жидк. растворителем. В кач-ве абсорбирующей жид-ти для оч-ки воздуха часто используется вода.

Для улуч-я поглощ-я газов, ограниченно растворимых в воде, в абсорбир. жид-ть добавляют соответствующие хим. реагенты, вступающие с газом в химическую реакцию.

Хемосорбция:

1) SO2 + Ca(OH)2  CaSO3 + H2O

2) SO2 + 2NH3 + H2O + 1/2O2  (NH4)SO4

3) 2NO2 + Na2CO3  2NaNO3 + CO2

4) 2NH3 + 2H2SO4  (NH4)2SO4

Аппараты для очистки от металла — различ. абсорбционные колонны различ. (тарельчатой) констр-ии.

Контакт м-ду жид-ю и загр. воздухом осущ-ся при прохождении воздуха ч/отверстия в тарелках и его барбатировании ч/слой жидкости, находящейся на «тарелке».

Рассмотрим схему насадочной колонны:

Высок. эф-ть оч-ки воздуха обеспечивается развитой пов-ю контакта м-ду жидкостью и газом за счет растекания абсорбирующей жидкости по эл-м насадки.

Достоинства метода абсорбции:

1. Возможность очистки больших объемов сильнозагрязненного воздуха.

2. Простота аппаратурного оформления и низкая энергоемкость процесса.

Недостатки:

1. Громкость аппаратурного оформления

2. Образование больших объемов загрязненных сточных вод.

Адсорбция — это поглощ-е жид-ти/газа тв. адсорбентом, осущ. на границе раздела фаз.

В качестве абсорбентов используют: Активированный уголь; Силикогель; Цеолиты, etc.

Метод использ. для оч-ки воздуха от паров орг. растворителей и токсич. и радиоактив. газов.

Осуществляют периодическим/непрерывным способом в адсорбцион. колоннах различной кон-ции. Метод является рекуперационным.

Рассмотрим стадии абсорбции на примере рекуперации толуола:

1) Адсорбция — поглощение толуола активированным углем до насыщением абсорбентом.

2) Десорбция – удал-е толуола из адсорбента ч/обраб-ку абсорбента перегрет. вод. паром.

Смесь толуол-вода направляется на сепаратор, где разделяется.

3) сушка Абсорбента нагретым воздухом.

4) охлаждение адсорбента.

Термические методы:

1) Дожигание — высокоэффек. метод, использ. д/оч-ки воздуха от паров орг. раствор-й и CO.

Может осущ. открытым способом (в факелах сгорания) при температуре 1100-1300 градусов.

Недостаток метода — образование вторичных загрязнений — окислов азота.

Также дожигание проводят в камерах сгорания. Воздух сначала подается в камеру предварите. восплам-я и далее в камеру сгорания, где при температуре 1100 градусов без катализатора/300-600 градусов с катал-м происх. окисл-е примесей до СО2 и Н2О.

Химические методы:

1) Очистка воздуха от окислов азота.

Используется некаталитич. гомогенное восст-е при температуре 970+/-50 градусов/каталитич. гетерогенное восст-е (вос-ль: аммиак) при температуре 450+/-50 градусов:

2NO + 2NH3 + 1/2O2  2N2 + 3H2O

2) Очистка выбросов от сернистого ангедрида.

Загр. воздух подается в реактор, в кот. при температуре 390 градусов происх. хемосорбция сернистого алгидрида (SO2) твердым оксидом меди, с образованием медного купороса:

SO2 + CuO + 1/2O2  CuSO4

2NO + 2NH3 + 1/2O2  2N2 + 3H2O

Далее осуществляют регенерацию адсорбента, восстанавливая медь молекулярным водородом и окисляя затем кислородом:

CuSO4 + 2H2  Cu + SO2 +2H2O

Cu + 1/2O2  CuO

3) Утилиз-я сернист. алгидрида (SO2).

SO2 окисл. до сер. алгидрида д/получ-я серн. к-ты:

SO2 + 1/2O2  SO3

SO3 + H2O  H2SO4.

Лекция «Защита литосферы от бытовых и промышленных отхдов»:

За год в РФ образ 4,5 млрд. тв. отх-в (место д/складирования > 200 тыс. Га).

Виды твердых отходов:

1) Твердые бытовые (ТБО);

2) Твердые промышленные (ТПО).

Твердые бытовые отходы (ТБО):

1) Ежегодно в РФ образ. > 40 млн.т ТБО. Из них в Мск – ежегодно ~5 млн.т. ТБО.

2) Рост благосост-я насел-я = сниж-е срока службы быт. техники + рост кол-ва однораз. прод-в = рост ТБО.

Классификация бытовых отходов:

1) Отходы домашнего хозяйства, в том числе отработанная бытовая техника.

2) Уличный мусор.

3) Разбитые и изношенные автомобили и автопокрышки.

4) Отходы больниц.

5) Отходы мясокомбинатов.

6) Отходы с/х ферм и т.д.

Промышленные отходы:

Подразделяются на твердые и жидкие.

1) Твердые отходы: металлы (отходы промышленных производств и амортизационный лом), отходы пластмасс, отходы стекла, отходы деревообработки, промышленная пыль и т.д.

2) Жидкие отходы — нефтепродукты и различ. шламы, образующиеся при очистке сточ. вод.

Основные мероприятия по защите литосферы:

1. Сбор и захоронение отходов.

Осущ. в специально отвед. местах, соотв. санитарным нормам (на свалках, полигонах и в специальных хранилищах).

Свалки организуют на тер-и со специал. водоупор. типом грунта и снабжают водоотвод. каналами.

Отходы дробят, уплотняют, смеш. с землей, создавая этим благоприят. усл-я для их разлож-я актив. почв. бактериями.

Свалки являются местом обитания синонтропных животных и представ.т собой санитарно-эпидемиолог. опасность.

Свалки являются генераторами биогаза, в состав кот. входят сероводород и неркоптаны, летучие амины, метан и т.д.

Свалка «живет» долгие годы и все процессы, происх. там, продолжаются достаточно долго и мероприятия по рекультивации земель можно начинать через 25 лет после закрытия свалки.

Токс. отх-ы промыш. предпр-й и НИИ, содерж. нефтепрод-ы, соед-я мышьяка, ртути и др. тяж. металлов, цианидов и т.д. После хим. нейтрализ. их подвергают захоронению на спец. полигонах.

Радиоактив. отходы заталивают в спец. контейнеры из нержавеющ. стали и направляют в хранилище для радиоактив. отходов.

2. Уничтожение отходов.

Осуществляется на мусоросжигательных заводах.

Наиболее отработаны технологии сжиг-я отх-в деревообработки и макулатуры, отработанных а/м шин и автопокрышек; ТБО.

В США сжигают 17% отходов, в Италии — 20%, В Нидерландах и Германии — 30% отходов, во Франции около 40% и т.д.

В России в настоящее время работают 7 мусоросжиг. заводов, 3 из них находится в Москве.

Сжиг-е мусора им. свои преимущ-ва: уменьш. объемы мусора в пределах насел. мест, утилиз. получаемое от сжиг-я мусора тепло, кот. расход. на технологич. нужды/произ-во технологич. пара, стоим-ть кот. на 70% покрывает затраты, связ. со сбором мусора, его вывозом и сжиганием.

Недостаток метода — образ-е токс. и коррозионно активных прод-в сгорания.

Например при сжигании при Т 850 градусов твердых бытовых отходов, образуется более 400 высокотоксичных загрязняющих веществ.

При сжиг-и 1 кг отходов из поливинилхлорида образ. примерно 50 микрограммов диоксинов.

В 80-х годах Евросоюз ввел жесткие нормативы по выбросам мусоросжиг. заводов.

Это привело к их повсеместному закрытию в Европе.

Стоим-ть сжиг-я 1 т ТБО = $50.

50% затрат при строит-ве мусоросжиг. заводов — затраты на очистные сооружения.

3) Переработка и утилизация отходов.

Перер-ка ТБО осущ. на мусороперераб. заводах, кот. произв. компост, технологический пар, а извлекаемые из отходов полезные компоненты используются как вторичное сырье.

Несорт. ТБО можно переработать максимум на 30%.

Макс. трудоемк. стадия – стадия их первич. сортировки, которая осуществляется вручную.

ТБО, подвергшиеся первичной сортировке населением, перерабатываются на 90%.

ТПО перераб. на 35%.

Переработка отх-в приводит к большой экономии сырьевых и топливно — энергетических ресурсов.