1.8. Основы образования загрязнителей атмосферы

Твердые вещества

Твердые вещества возникают в результате, как при­родных явлений, так и деятельности человека.

Пыль, образующаяся в результате деятельности человека, можно под­разделить на продукт его основной жизнедеятельности, особенно при со­здании локальных источников теплоты, а также на продукт технической деятельности. Эта пыль подразделяется на два типа:

 бесполезная пыль, образующаяся как побочный продукт вследствие истирания, механической обработки или износа, как отбросный продукт при работе транспорта, в процессе сжигания или возгонки (продукты сгорания, например, сажа или зола), а также пыль от про­цессов промышленного производства;

Возгонка (сублимация) (от лат. sublimo  возношу)  переход вещества из твердого в газообразное состояние, минуя стадию жидкости (фазовый переход первого рода).

 полезная (утилизируемая) пыль, образующаяся в процессе произ­водства или переработки гранулированных веществ, таких как гипс, цемент, наполнители для резины (сажа), высушенные продукты.

Причины образования промышленной пыли зависят от типа произ­водственного процесса:

1) механическая обработка различных веществ (бурение, дробление, размол, полирование);

2) отделение веществ (отпиловка, отрыв);

3) тепловые процессы и процессы горения (сжигание, плавление, суш­ка, дистилляция);

4) транспортировка зернистых материалов (погрузка, перегрузка, сме­шение, просеивание и т. д.);

5) соединение гранулированных веществ (брикетирование);

6) износ и коррозия веществ.

На количество образующейся пыли влияют следующие факторы:

 физические и физико-химические свойства веществ;

 размер частиц пыли, ее дисперсионные и поверхностные свойства;

 перемещение материала (циркуляция, изменение направления дви­жения и т.д.);

 число и интенсивность столкновений между отдельными частица­ми;

 коэффициент трения между пылью и оборудованием, по которому она движется.

Жидкие частицы

Жидкие загрязнения (туманы, капли) образуются:

а) при конденсации паров;

б) при распылении или разливе жидкостей;

в) в результате химических или фотохимических реакций.

Пары могут сконденсироваться в результате охлаждения их в смеси с воздухом или другим неконденсирующимся газом. В зависимости от точ­ки плавления конденсирующихся веществ образуются жидкие или иногда твердые частицы.

Жидкость находится в равновесии с паром при конкретной темпера­туре и давлении. Если парциальное давление пара в газе превышает рав­новесное парциальное давление насыщенного пара при той же температу­ре, то говорят  пар пересыщен.

Парциальное давление (от позднелат. partialis  частичный)  давление компонента идеальной газовой смеси, которое он оказывал бы, если бы один занимал объем всей смеси.

При достижении критической степени пресыщения, зависящей от химического состава пара и температуры, про­исходит конденсация. Пары в газах обычно конденсируются на зароды­шах  чрезвычайно мелкодисперсных пылевых частицах, постоянно сус­пендированных в атмосфере, ионах и т. п.

Охлаждение и последующая конденсация происходит в результате по­тери теплоты, т. е. контакта смеси газпар с поверхностью более холодно­го тела, в процессе адиабатического расширения пара либо в процессе смешения с более холодным газом (при рассеивании отбросных промыш­ленных газов из дымовых труб в атмосферу).

Адиабатный процесс  термодинамический процесс, при котором система не получает теплоты извне и не отдает ее.

Газообразные загрязнения

Образование газообразных загрязнений ха­рактерно для различных процессов. Прежде всего, это такие химические реакции, как окисление, восстановление, замещение и разложение, а так­же электрохимические (электролиз) и физические (выпаривание и дис­тилляция) процессы.

Электролиз  совокупность процессов электрохимического окисления  восстановления, происходящих на погруженных в электролит электродах при прохождении электрического тока.

Выпаривание  процесс, предназначенный для концентрирования растворов, выделения растворенного вещества или получения чистого растворителя.

Дистилляция (от лат. distillatio  стекание каплями)  разделение многокомпонентных жидких смесей на отличающиеся по составу фракции; основано на различии в составах жидкости и образующегося из нее пара.

Наибольшую часть газообразных выбросов составляют продукты окис­ления, образовавшиеся в основном в процессах горения, когда при окис­лении углерода образуются диоксид и оксид углерода, при окислении серы  диоксид серы, а при высокотемпературном окислении азота в пе­чах  оксид и диоксид азота. Однако при неполном сгорании не происхо­дит полного окисления органических веществ и могут образовываться аль­дегиды, кетоны или органические кислоты. Продукты горения из печей с восстановительной атмосферой могут содержать гидросульфид.

Помимо горения, некоторые процессы цветной металлургии, особен­но те, которые связаны с обжигом серосодержащих руд, могут явиться ис­точниками продуктов окисления. В химической промышленности в их число входит сжигание серы или обжиг пирита с последующим каталити­ческим окислением диоксида серы в триоксид  одна из основных стадий производства серной кислоты.

Промышленные восстановительные процессы также являются источ­никами загрязняющих веществ  в основном гидросульфида при производстве кокса. Более крупные источники загрязнений в химической про­мышленности  это процессы карбонизации угля и производства газово­го угля, сульфатцеллюлозы и ряд других. В качестве примеров восстано­вительных процессов можно упомянуть производство соляной кислоты из хлора и водорода и аммиака из атмосферных азота и водорода.

Химическое разложение и замещение широко применяются в хими­ческой промышленности, особенно в производстве фосфорных удобре­ний. Еще одним примером может служить выделение гидросульфида при разложении ксантогената целлюлозы в производстве вискозных волокон.

Электрохимические процессы являются источником серьезных загряз­нений как в металлургии (наиболее значительный источник  производ­ство алюминия), так и в химической промышленности (наибольшие заг­рязнения  в электролитической при производстве хлора и гидроксида натрия). С рассматриваемых позиций наиболее важными, особенно в хи­мической промышленности, физическими процессами являются выпари­вание и дистилляция (например, выброс углеводородов, хлорпроизводных углеводородов и других растворителей, испаряющихся в процессе произ­водства и использования этих продуктов). Дистилляция различных хими­ческих веществ, включая смолы, а также некоторые нефтеочистительные и нефтехимические процессы  еще один существенный источник выб­росов.

Иногда в процессе дистилляции образуются газообразные загрязняю­щие вещества, которые при нормальных температурах находятся в твер­дом состоянии. Таким образом, например, оксиды мышьяка поступают в воздух при сжигании угля или при получении свинца и цветных металлов. Дистилляция также приводит к выбросам свинца, оксида сурьмы (III), рту­ти и других химикатов. Кроме того, при дистилляции выделяется ряд ле­тучих хлоридов металлов.

Важным источником загрязнений может быть процесс выпаривания, даже если выпаривать очень малые количества веществ с очень неприятны­ми запахами на воздухе. Реакции замещения или присоединения в таких процессах, как нитрование, хлорирование, сульфирование и т. д. также мо­гут быть (хотя и незначительными) источниками газообразных загрязняю­щих веществ.