Атмосфера: види забруднень і методи очищення атмосферного повітря

АТМОСФЕРА: ВИДИ ЗАБРУДНЕНЬ І МЕТОДИ ОЧИЩЕННЯ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ

 

Мета роботи.

Вивчення причин і видів забруднення повітряного басейну, післядії забруднення. Ознайомлення з методиками очищення повітря та прогнозування його стану на майбутнє.

 

Ключові положення

 

Повітряні оболонки нашої планети – атмосфера – захищає живі організми від згубної дії ультрафіолетового випромінювання Сонця і інших жорстких космічних випромінювань. Вона також захищає Землю від метеоритів і космічного пилу.

Атмосфера підтримує тепловий баланс. Атмосферне повітря – це джерело дихання людини, тварин, синтезу хімічних речовин. Вона являється матеріалом для охолодження різних промислових і транспортних установок, а також середовищем, в яке викидаються відходи життєдіяльності людини, тварин і рослин.

Відомо, що без їжі людина прожити біля 5 тижнів, без води –біля 5 діб, а без повітря не проживе і 5 хвилин. Потреба людини в чистому повітрі складає від 5 до 10 л/хвилину, або 12-15 кг/добу.

Людство знаходиться на дні Великого повітряного океану. Найбільше вивчений участок атмосфери простирається від рівня моря до висоти 100 м. В цілому атмосфера ділиться на декілька сфер: тропосфера, літосфера, стратосфера, мезосфера, іоносфера (термосфера), екзосфера. Границі між сферами називають паузами. За хімічним складом атмосфера Землі поділяється на нижню (до 100 км) і верхню – гетеросферу, яка має неоднорідний хімічний склад. Крім газів в атмосфері присутні різні аерозолі – пилоподібні або водяні частинки, які знаходяться в газоподібному середовищі в зваженому стані. Вони можуть бути як природного так і техногенного походження.

Тропосфера – це приземна нижня частина атмосфери, в якій існує більшість живих організмів в тому числі і людина. В цій сфері зосереджено більше 80% маси всієї атмосфери. Її потужність (висота на земній поверхні) визначається інтенсивністю вертикальних потоків повітря, які залежать від температури земної поверхні. В зв’язку з цим на екваторі вона досягає висоти 16–18 км, в середніх широтах – до 10–11 км, а на полюсах – до 8 км. Відмічено закономірне зниження температури повітря від висоти в середньому на 0,6º С на кожні 100 м.

В тропосфері знаходиться більша частина космічного і антропогенного пилу, водяного пару, кисню, інертних газів і азоту. Вона практично прозора для короткохвильової сонячної радіації. Разом з тим водяні пари, озон, вуглекислий газ, які знаходяться в атмосфері, достатньо сильно вбирають теплове (довгохвильове) випромінювання планети, в результаті чого відбувається деяке нагрівання тропосфери.

Це призводить до вертикального переміщення повітряних потоків, конденсації водяних парів, утворенню хмар і опадів.

На рівні моря склад атмосферного повітря такий: 78% азоту, 21% кисню, незначну кількість інертних газів, вуглекислого газу, метану, водню.

Стратосфера – розміщена вище тропосфери до висоти 50 –55 км.

Температура біля її верхньої границі росте в зв’язку з присутністю озонна.

Мезосфера – верхня границя цього шару фіксується на висоті 80 км. Головна її особливість –це різке зниження температури (до –75º–90ºС) біля верхньої границі Тут спостерігаються так звані сріблясті хмари, які складаються із льодяних кристалів.

Іоносфера (термосфера) –досягає висоти 800 км. Для неї характерне суттєве підвищення температури (більше +1000ºС). Під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця гази атмосфери знаходяться в іонізованому стані. З цим пов’язано виникнення полярного сяйва, я свічення газів. Іоносфера має властивості багаторазового відбуття радіохвиль, що забезпечує далекий радіозв’язок на Землі.

Екзосфера – розповсюджується від висоти 800 км до висоти 2000–3000 км.

Температури тут досягають +2000ºС. Важливим є той факт, що швидкість руху газів наближається до критичного значення 11,2 км/с. В складі переважають атоми водню і гелію, які формують навколо нашої планети так звану корону, яка досягає висоти 20 тис. км.

 

Рисунок. 2.1 Схема алгоритму інвентаризації викидів в атмосферу

Інвентаризація здійснюється один раз на 5 років згідно з Інструкцією з інвентаризації викидів забруднюючих речовин в атмосферу. Джерела забруднення атмосфери визначається на основі схем виробничого процесу підприємства. Для діючих підприємств контрольні точки встановлюються по периметру санітарно-епідеміологічної станції.

Основними параметрами, котрі характеризують викиди забруднюючих речовин в атмосферу, є вид виробництва, джерело виділення шкідливих речовин, джерело викиду, число джерел викидів, координати розташування викиду, висота джерела викиду, діаметр уста труби, параметри газоповітряної суміші на виході з джерела викиду (швидкість, об'єм, температура), характеристика газоочисних пристроїв, види та кількість шкідливих речовин тощо.

Шкідливі речовини, що потрапляють в атмосферу від промислових та транспортних підприємств, енергетичних установок, транспортних засобів, розчиняються в повітрі та переносяться рухомими потоками повітря на великі віддалі. Розсіювання забруднень призводить до зниження концентрації шкідливих речовин в зонах їхнього викиду та до одночасного збільшення площ із забрудненим повітрям.

На характер поширення шкідливих речовин в атмосфері та на величину зон забруднення впливають метеорологічні умови (горизонтальний та вертикальний рух мас повітря, їх швидкість, температура, вологість, дощ, сніг, наявність хмар).

Крім метеорологічних факторів, на розсіювання забруднень впливає рельєф місцевості, наявність лісів, водоймищ, гір тощо. На забрудненість міст та населених пунктів впливає їхнє планування та озеленення.

Розрахунок забруднення атмосфери викидами промислових підприємств виконується згідно з Методикою розрахунку концентрацій в атмосферному повітрі шкідливих речовин, що містяться у викидах підприємств (ОНД-86) або за Збірником методик розрахунку концентраційних викидів в атмосферу забруднюючих речовин різними виробництвами.

Визначення категорії небезпечності підприємств залежно від характеру забруднюючих речовин, які викидають в атмосферу.

Для визначення категорії небезпечності підприємств використовують дані про викиди забруднюючих речовин в атмосферу за формою статистичної звітності 2-повітря. При цьому в цій формі необхідно розшифрувати графи “вуглеводні” та “інші” і не потрібно наводити інформацію про сумарні викиди шкідливих речовин в атмосферу від групи підприємств.

Категорію небезпечності підприємств (КНП) розраховують за виразом:

, (2)

де M_i – маса викиду і-ї речовини, т/рік;

ГДК_с.д. – середньодобова гранично допустима концентрація і-ї речовини, мг/м³;

n – кількість шкідливих речовин, які викидаються підприємством і забруднюють атмосферу;

а_і – безрозмірна константа, яка дозволяє порівняти ступінь шкідливості і-ї речовини зі шкідливістю сірчистого газу (визначається за табл.2)

 

Таблиця 2. Безрозмірна константа у відповідності з класом небезпечності речовин

Константа	Клас небезпечності речовин
аі	1,7	1,3	1,0	0,9

 

Для розрахунку КНП за відсутності середньодобових значень ГДК використовують значення максимально разових ГДК, ОБРВ або зменшені в десять разів значення ГДК робочої зони забруднюючих речовин.

Значення КНП щодо речовин, для котрих відсутня інформація про ГДК або ОБРВ, прирівнюють до маси викидів даних речовин. За величиною КНП підприємства поділяються на 4 категорії небезпечності. Граничні умови для виділення підприємства за категоріями небезпечності наведено в табл. 3.

 

Таблиця 3. Категорії небезпечності підприємств і граничні значення КНП

Категорії небезпечності	Значення КНП	СЗЗ, м
І	≥10^8
ІІ	10^8>КНП≥10^4
ІІІ	10^4>КНП≥10^3
IV	<10^3

У залежності від тієї чи іншої категорії небезпечності підприємства здійснюється облік викидів забруднюючих речовин в атмосферу і запроваджується періодичність контролю за викидами підприємств, а також призначається санітарно-захисна зона від джерел забруднень до житлових районів (СЗЗ).

Як приклад, розглянемо викиди, що забруднюють атмосферне повітря електродного заводу та визначимо категорію цього підприємства (табл. 4)

Розрахуємо КНП цього підприємства:

 

 

Таблиця 4. Викиди за інгредієнтами і класом небезпечності речовин, які виділяються.

Назва речовин, які виділяються	ГДКс.д., мг/м^3	Клас небезпечності	Викид, т/рік
Зважені речовини (пил)	0,15		4663,293
Окис вуглецю	3,0		8992,420
Сірчистий ангідрид	0,05		727,285
Двоокис азоту	0,04		150,000
Бенз(а)пірен	0,000001		0,665
Смолисті	0,02,(0,2 = ГДК роб.зони)		911,579

 

Отримане значення КНП перевищує 10⁸, що є свідченням того, що цей завод є джерелом забруднення довкілля і відноситься до 1 категорії за забрудненням атмосфери. Оцінити ступінь забруднення атмосфери речовинами, що виділяються, можна на підставі чисельного результату, отриманого від піднесення до степені відповідного члена, що входить у рівняння. Розташуємо речовини, що виділяються підприємством, з-а ступенем забруднення атмосфери (СЗА) (табл.5).

 

Таблиця 5. Розподіл шкідливих речовин за ступенем забруднення атмосфери

Бенз(а)пірен
Смолисті
Двоокис азоту
Пил
Сірчистий ангідрид
Окис вуглецю

 

Домашнє завдання

1. Вивчити основні теоретичні положення.

2. Підготувати відповіді на ключові питання.

3. Знати основні типи очищення атмосферного повітря.

4. Підготуватися до дискусії з питань „парникового ефекту” та „озонових дир”.

 

Лабораторне завдання.

1. Роз’яснити принципи основних методів очищення атмосферного повітря.

2. Розрахувати гранично допустимі концентрації основних шкідливих речовин в атмосфері.

 

АТМОСФЕРА: ВИДИ ЗАБРУДНЕНЬ І МЕТОДИ ОЧИЩЕННЯ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ

 

Мета роботи.

Вивчення причин і видів забруднення повітряного басейну, післядії забруднення. Ознайомлення з методиками очищення повітря та прогнозування його стану на майбутнє.

 

Ключові положення

 

Повітряні оболонки нашої планети – атмосфера – захищає живі організми від згубної дії ультрафіолетового випромінювання Сонця і інших жорстких космічних випромінювань. Вона також захищає Землю від метеоритів і космічного пилу.

Атмосфера підтримує тепловий баланс. Атмосферне повітря – це джерело дихання людини, тварин, синтезу хімічних речовин. Вона являється матеріалом для охолодження різних промислових і транспортних установок, а також середовищем, в яке викидаються відходи життєдіяльності людини, тварин і рослин.

Відомо, що без їжі людина прожити біля 5 тижнів, без води –біля 5 діб, а без повітря не проживе і 5 хвилин. Потреба людини в чистому повітрі складає від 5 до 10 л/хвилину, або 12-15 кг/добу.

Людство знаходиться на дні Великого повітряного океану. Найбільше вивчений участок атмосфери простирається від рівня моря до висоти 100 м. В цілому атмосфера ділиться на декілька сфер: тропосфера, літосфера, стратосфера, мезосфера, іоносфера (термосфера), екзосфера. Границі між сферами називають паузами. За хімічним складом атмосфера Землі поділяється на нижню (до 100 км) і верхню – гетеросферу, яка має неоднорідний хімічний склад. Крім газів в атмосфері присутні різні аерозолі – пилоподібні або водяні частинки, які знаходяться в газоподібному середовищі в зваженому стані. Вони можуть бути як природного так і техногенного походження.

Тропосфера – це приземна нижня частина атмосфери, в якій існує більшість живих організмів в тому числі і людина. В цій сфері зосереджено більше 80% маси всієї атмосфери. Її потужність (висота на земній поверхні) визначається інтенсивністю вертикальних потоків повітря, які залежать від температури земної поверхні. В зв’язку з цим на екваторі вона досягає висоти 16–18 км, в середніх широтах – до 10–11 км, а на полюсах – до 8 км. Відмічено закономірне зниження температури повітря від висоти в середньому на 0,6º С на кожні 100 м.

В тропосфері знаходиться більша частина космічного і антропогенного пилу, водяного пару, кисню, інертних газів і азоту. Вона практично прозора для короткохвильової сонячної радіації. Разом з тим водяні пари, озон, вуглекислий газ, які знаходяться в атмосфері, достатньо сильно вбирають теплове (довгохвильове) випромінювання планети, в результаті чого відбувається деяке нагрівання тропосфери.

Це призводить до вертикального переміщення повітряних потоків, конденсації водяних парів, утворенню хмар і опадів.

На рівні моря склад атмосферного повітря такий: 78% азоту, 21% кисню, незначну кількість інертних газів, вуглекислого газу, метану, водню.

Стратосфера – розміщена вище тропосфери до висоти 50 –55 км.

Температура біля її верхньої границі росте в зв’язку з присутністю озонна.

Мезосфера – верхня границя цього шару фіксується на висоті 80 км. Головна її особливість –це різке зниження температури (до –75º–90ºС) біля верхньої границі Тут спостерігаються так звані сріблясті хмари, які складаються із льодяних кристалів.

Іоносфера (термосфера) –досягає висоти 800 км. Для неї характерне суттєве підвищення температури (більше +1000ºС). Під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця гази атмосфери знаходяться в іонізованому стані. З цим пов’язано виникнення полярного сяйва, я свічення газів. Іоносфера має властивості багаторазового відбуття радіохвиль, що забезпечує далекий радіозв’язок на Землі.

Екзосфера – розповсюджується від висоти 800 км до висоти 2000–3000 км.

Температури тут досягають +2000ºС. Важливим є той факт, що швидкість руху газів наближається до критичного значення 11,2 км/с. В складі переважають атоми водню і гелію, які формують навколо нашої планети так звану корону, яка досягає висоти 20 тис. км.