Источники загрязнений атмосферы

 

Загрязнение атмосферы

Состав и строение атмосферы

В зависимости от температуры, плотности и состава атмосферу можно условно разделить на 5 слоев:

1) Тропосфера (0 – 11 км). 80% воздуха, температура на внешней границе: -56*С

2) Стратосфера (20 – 60 км). 19% массы атмосферы. На высоте 20-25 км располагается озоновый экран, поглощающий УФ излучение.

3) Мезосфера (60 – 80 км)

4) Термосфера (80 – 100 км)

5) Экзосфера (до 1600 км)

 

 

Источники загрязнения атмосферы

Выбросы в атмосферу по составу подразделяются:

3) Парагазовые (образуются при горении)

4) Аэрозоли (пыли, дымы и туман)

 

Основные компоненты выбросов:

6) Твердые взвешенные частицы

7) SO₂

8) CO₂

9) NO, NO₂

10) Углеводороды

 

Основные отрасли, загрязняющие среду:

7) ТЭС – 29%

8) Черная металлургия – 24%

9) Нефть и химия

10) Цветная металлургия (ртуть, мышьяк)

11) Стройматериалы

12) Химические предприятия

 

Основные формы антропогенного воздействия:

5) Потребление атмосферного воздуха для производственных нужд

6) Использование воздушного пространства для строительства различных сооружений и нужд авиационного транспорта.

 

 

Проблемы загрязнения атмосферы

Проблемы атмосферного воздуха можно условно разделить на глобальные, региональные и местные.

Глобальные проблемы:

7) Потребление кислорода

8) Возможно потепление климата как следствие роста концентрации в атмосфере парниковых газов, в частности, CO2

9) Повреждение озонового экрана, поглощающего солнечную радиацию

10) Изменение магнитного поля земли в результате изменения электрического сопротивления атмосферы

11) Ухудшение здоровья

12) Таяние ледников

 

Региональные проблемы:

5) Кислые осадки (образуются в результате выбросов в атмосферу промышленностью и транспортом)

6) Трансграничный перенос

7) Загрязнение воздуха канцерогенами

8) Загрязнение атмосферы смогом

 

Существуют два вида смогов:

3) Восстановительный (лондонский)

4) Окислительный (Лос-Анджелес)

 

Лондонский смог – это атмосферное явление, представляющее собой смесь сажи, дыма и SO₂ (температура около 0 °C, влажность, состояние инверсии в атмосфере).

Окислительный смог возникает при наличии в атмосфере оксида азота NO2. Конечными продуктами реакции являются озон, формальдегид и органические кислоты.

 

 

Разрушение озонового слоя

Стратосферный озон выступает как защита всего живого на Земле. Максимальная концентрация его расположена в слое 15 – 25 км. Весь озон атмосферы при конденсации превратился бы в пленку толщиной 3мм. Озон является составной частью атмосферы, влияющей на климат, и защищающий все живое на Земле от солнца.

Озон образуется в стратосфере под действием ультрафиолета из кислорода:

O₂ + hn = 2O

3O₂ = 2O₃

O₂ + O = O₃ (1)

O + O₃ = 2O₂ (2)

 

Следовательно, концентрация озона будет зависеть от скорости образования (1) и скорости разрушения.

Реакция разрушения озонового слоя:

CFCl₃ = CFCl₂

Cl + O₃ = ClO + O₂

 

В 1985г. подписана конвенция об охране озонового слоя. С декабря 2000 г. в России прекращен выпуск хлор-, фтор- углеводов.

 

 

Защита атмосферы

Все методы защиты атмосферы подразделяются на активные и пассивные. К активным методам – создание замкнутых безотходных производств.

Пассивные методы.

1) Ограничение выбросов

1.1 Усовершенствование топлива или его замена другим

1.2 Предварительная очистка сырья материала топлива от летучих примесей

1.3 Повышение роли безотходных источников энергии

2) Рассредоточение локализации атмосферных выбросов

2.1 Рассредоточение выбросов

2.2 Локализация и централизация выбросов

2.3 Рассеивание выбросов

3) Устройство санитарно-защитных зон

 

Атмосфера.

В зависимости от температуры, плотности и состава атмосферу разделяют на 5 слоев:

1. Тропосфера (11км).
2. Стратосфера (40км). Здесь происходит поглощающее ультрафиолетовое излучение солнце ©.
3. Мезосфера (до -90⁰С)
4. Какая-то сфера
5. Экзосфера.

Выбросы в атмосферу:

1. Парогазовые (пыль, дым и др.)
2. Аэрозоли

Основными компонентами выбросов являются:

1. Твердые взвешенные частицы
2. Диоксид серы
3. Оксид углерода

Основными промышленными источниками загрязнения воздушного бассейна являются:

1. ТЭС (30%)
2. Черная металлургия (25%)
3. Предприятия нефтехимии (16%)
4. Цветная металлургия (11%)
5. Стройматериалы (8%)
6. Химия (1,5%)

Основные формы антропогенного воздействия на атмосферу:

1. Потребление атмосферного топлива для производственных нужд.
2. Использование воздушного пространства для строительства сооружений и нужд авиационного транспорта.

Смоги (атмосферное явление, представляющее собой смесь дыма сажи и диоксида серы):

1. Восстановительный.

Условия возникновения смога: рано утром, температура около 0⁰С, высокая влажность, штиль.

1. Окислительный (фотохимический). Наличие диоксида азота. В результате получаются формальдегиды, кислоты и озон. Условия: около полудня, температура около 32, очень низкая влажность.

Защита атмосферы.

1. Активные методы
1. Экологизация технологических процессов

i. Создание замкнутых технологических циклов

ii. Создание малоотходных технологий

1. Пассивные методы
1. Ограничение выбросов

i. Усовершенствование топлива

ii. Предварительная очистка сырья, материалов и выбросов.

iii. Повышение роли безотходных источников энергии

1. Рассредоточение локализации рассеяния выбросов.

 

Инженерная защита атмосферы

 

Защита атмосферы

Все методы защиты атмосферы подразделяются на активные и пассивные. К активным методам – создание замкнутых безотходных производств.

Пассивные методы.

4) Ограничение выбросов

1.4 Усовершенствование топлива или его замена другим

1.5 Предварительная очистка сырья материала топлива от летучих примесей

1.6 Повышение роли безотходных источников энергии

5) Рассредоточение локализации атмосферных выбросов

2.1 Рассредоточение выбросов

2.2 Локализация и централизация выбросов

2.3 Рассеивание выбросов

6) Устройство санитарно-защитных зон

 

 

Очистка выбросов

 

Оборудование бывает сухим и мокрым.

Сухие аппараты.

 

Достоинства:

1) Температура выбросов может достигать 500 градусов, что позволяет утилизировать тепло газов.

2) При выбросе горячих газов увеличивается их рассеивание в атмосфере

3) Отсутствует потребление воды, и нет сточных вод!

4) Позволяет возвратить уловленную пыль в производство (сахар, перец, сухое молоко, драгоценные металлы)

 

Недостатки:

1) Возможна конденсация паров на стенках аппарата, что приводит к коррозии и к образованию трудноудаляемых отложений пыли.

2) Сложности с удалением уловленной пыли, возможно вторичное загрязнение.

 

В основе работы сухих аппаратов лежат гравитационные, инерционные и центробежные механизмы осаждения.

Гравитационное осаждение

ЗГ

ОГ

пыль

КДП = 75% d > 50 мкм

 

Инерционное осаждение

ЗГ

ОГ

пыль

КПД = 58% d > 25 мкм

Фильтры способны задерживать частицы пыли, диаметр которых > 0.3 мкм. Промышленные фильтры бывают зернистые и тканевые.

Тканевые фильтры бывают рукавные и рамочные. Рукавные выполняются из лавсана, шерсти, стекловолокна, металлических тканей.

Зернистые фильтры подразделяются насадочные и жесткие пористые. Насадочные – свободно насыпанные зернистые материалы (песок, галька, шлак, древесная стружка). К жестким фильтрам относят керамику, металлы, спрессованную металлическую стружку.

Электрофильтры – наилучший вариант. Принцип – ионизация газов в зоне коронного разряда и осаждение пыли на осудительных электродах.

 

 

Аппараты мокрой очистки

 

Газопромыватели

Достоинства:

1) Возможность использовать для очистки до 0,1 мкм.

2) Конструктивно они проще аппаратов сухой очистки

3) Простота удаления шлама

4) Степени очистки выше вследствие контакта с водой

5) Незаменимы при очистке от взрывоопасных и горючих газов

 

Недостатки:

1) Потребление воды и образование сточных вод, которые надо очищать

2) Газы после очистки холодные и влажные, плохо рассеиваются в атмосфере

3) Коррозия аппарата

 

 

Полые форсунчатые скрубберы

ЗГ

H2O

Шлам

ОГ

d > 2–10 мкм

КПД = 99%

 

 

Насадочные скрубберы

 

ЗГ

H2O

Шлам

ОГ

 

Больше контакт частиц пыли с водой, больше степень очистки. Но больше загрязняются насадки.

 

Методы очистки

 

Адсорбция – селективное поглощение примесей твердыми и пористыми поглотителями. Применяют активированный уголь, глинозем, силикагель.

Абсорбция – поглощение примесей в газах жидким поглотителем (абсорбентом). Известен и обратный процесс – десорбция – выделение поглощенных жидкостью газов. Самый простой абсорбент – это вода, так же применяется этиловый спирт.

Термическое обезвреживание выбросов – окисление токсичных компонентов выбросов до менее токсичных.

Термическому окислению подвергаются в основном пары летучих органических материалов, которые не выгодно очищать другими методами, а так же дурно пахнущие газы. Обезвреживание может осуществляться прямым или каталитическим сжиганием. При прямом сжигании газообразные выбросы экономически выгодно сжигать не отдельно, а совместно с твердыми или жидкими горючими отходами. Температура процесса: 900–1000*С

Биохимическая очистка – разложение неприятно пахнущих веществ в газах микроорганизмами. Для очистки применяют биофильтры и биоскрубберы.

Очистка радиоактивных выбросов. Выбросы могут быть слабоактивыми, они не очищаются. Среднеактивные очищаются в камерах выдержки, сильноактивные – углем (но потом возникает проблема утилизации угля).

 

Защита атмосферы.

1. Активные методы
1. Экологизация технологических процессов

i. Создание замкнутых технологических циклов

ii. Создание малоотходных технологий

1. Пассивные методы
1. Ограничение выбросов

i. Усовершенствование топлива

ii. Предварительная очистка сырья, материалов и выбросов.

iii. Повышение роли безотходных источников энергии

1. Рассредоточение локализации рассеяния выбросов.

 

Очистка выбросов от пыли и аэрозолей.

Для очистки применяются сухие и мокрые пылеуловители, в большинстве случаев предпочитают сухие пылеуловители.

В основе работы сухих аппаратов лежат гравитационные, инерционные и центробежные механизмы осаждения или фильтрационный механизм. К основным аппаратам сухой очистки относятся пылеосадительные камеры, циклонные фильтры.

 

Фильтры – тоже очень хороший очистители там они удерживают частицы диаметром больше 0,05 мкм.

Аппараты мокрой очистки – устройства, в которых частицы пыли выделяются на каплях и пленках воды под действием сил инерции и броуновского движения.

Достоинства:

1. Используются для очистки частиц размером до 0,1 мкм
2. Конструктивно проще аппаратов сухой очистки
3. Простота удаления шлама
4. Степень очистки выше вследствие контакта с водой.
5. Незаменимы при очистке взрывоопасных и горючих газов.

Недостатки

1. Сточные воды
2. Потребление воды.
3. Холодные и влажные газы плохо рассеиваются в атмосфере
4. Коррозия металла.

Адсорбция и абсорбция.

Адсорбция – это когда газ проходит через активированные угли и т.д.

Абсорбция- это когда газ проходит через жидкие поглотители.

Термическое обезвреживание выбросов.

Термическому окислению подвергаются пары летучих органических материалов, которые не выгодно очищать другими методами (плохо пахнущие газы). Обезвреживание производится прямым или каталитическим сжиганием с температурой до 1000⁰С.

Очистка радиоактивных выбросов.

1. Слабоактивные. Не очищаются от радионуклидов
2. Среднеактивные. В камерах выдержки или на тонкослойных фильтрах
3. Высокоактивные. Очистка и распад короткоживущих радионуклидов.