Технические и технологические средства защиты атмосферы от промышленных загрязнений. Загрязнение атмосферы

1.Требования к выбросам в атмосферу.

Средства защиты должны ограничивать наличие вредных веществ в воздухе среды обитания человека на уровень не выше ПДК: по каждому вредному веществу, где - фоновая концентрация.

А при наличии нескольких вредных веществ однонаправленного действия условие (*) в гл.1.4 §2. Соблюдение этих требований достигается локализацией вредных веществ в месте их образования отводом из помещения или от оборудования и рассеиванием в атмосфере. Если при этом концентрации вредных веществ в атмосфере превышают ПДК, то применяют очистку выбросов от вредных веществ в аппаратах очистки, установленных в выпускной системе. Наиболее распространены вентиляционные, технологические и транспортерные выпускные системы.

На практике реализуются следующие варианты защиты атмосферного воздуха:

а) вывод токсичных веществ из помещений общеобменной вентиляцией;

б) локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах и его возврат в производственные помещения, если воздух соответствует нормативным требованиям к приточному воздуху;

в) локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере;

г) очистка технологичных газовых выбросов в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере; в ряде случаев перед выбросом отходящие газы разбавляют атмосферным воздухом;

д) очистка отработавших газов в специальных аппаратах и выброс в атмосферу или производственную зону.

Для соблюдения ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест устанавливают предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ из систем вытяжной вентиляции, различных технологических и энергетических установок. Предельно допустимые выбросы ГТДУ самолетов гражданской авиации определены ГОСТ 17.2.2.04 – 86; выбросы автомобилей с ДВС ГОСТ 17.2.2.03 – 87 и др.; для промышленных предприятий ПДВ устанавливается требованиями ГОСТ 17.2.3.02 – 78.

2.Рассеивание выбросов в атмосфере.

Основным документом, регламентирующим расчет рассеивания и определения приземных концентраций выбросов промышленных предприятий, является «Методика расчета концентрации в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий ОНД – 86.

При определении ПДВ примеси от расчетного источника необходимо учитывать ее концентрацию в атмосфере, обусловленную выбросами от других источников. Для случаев рассеивания нагретых выбросов через одиночную незатененную трубу:

, где

Н – высота трубы;

Q – объем расходуемой газовоздушной смеси, выбрасываемой через трубу;

Это разность между температурой, выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха, равной средней температуре самого жаркого месяца в 13 часов;

А – коэффициент, зависящий от температурного градиента атмосферыи определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредностей.

K F - коэффициент, учитывающий скорость оседания взвешенных частиц выброса в атмосфере;

m и n – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья трубы.

3. Оборудование для очистки выбросов.

Аппараты очистки вентиляции и технологических выбросов в атмосферу делятся на:

а) пылеуловители (сухие, электрические, фильтры, мокрые);

б) туманоуловители (низкоскоростные и высокоскоростные);

в) аппараты для улавливания паров и газов (абсорбционные, хемосорбционные, адсорбционные и нейтролизаторы);

г) аппараты многоступенчатой очистки (уловители пыли и газов, уловители туманов и твердых примесей, многоступенчатые пылеуловители).

Их работа характеризуется рядом основных параметров:

а) эффективность очистки: , где

и - массовые концентрации примесей в газе до и после аппарата.

б) гидравлическое сопротивление аппаратов очистки: , где

и - давление газового потока на входе и выходе аппарата;

Коэффициент гидравлического сопротивления аппарата;

и - плотность и скорость газа в расчетном сечении аппарата.

Значение рассчитывают экспериментально, либо по этой формуле.

в) потребляемая мощность побудителя движения газов: , где

Q - объемный расход очищаемого газа;

к – коэффициент запаса мощности

- КПД передачи мощности от электродвигателя к вентилятору;

КПД вентилятора.

Способы защиты атмосферы от загрязняющих веществ?

Атмосфера - это газовая оболочка планеты Земля, которая вращается вместе с ней. Смесь газов атмосферы называют воздухом.

Загрязнение бывает первичным и вторичным. Первичное загрязнение происходит тогда, когда вещества, попадающие в атмосферу, оказывают неблагоприятное влияние на живые организмы. Например, газ фосген является ядом для всего живого. Вторичное загрязнение происходит тогда, когда относительно безопасное вещество в атмосфере превращается во вредное. Так, фреон малоактивное химическое вещество, но под действием ультрафиолета разлагается с выделением вредного хлора.

Загрязняющие вещества, попадающие в атмосферу, бывают в твердом, жидком и газообразном агрегатных состояниях. Существенный вклад в эмиссию вредных веществ вносят бытовые системы отопления, а точнее твердотопливные печи. Также, большое количество загрязнителей поступает в атмосферу с выхлопными газами различных видов транспорта. Все виды промышленности являются виновниками загрязнения воздуха наиболее токсичными веществами. Немалую роль в загрязнении атмосферы играют животноводческие комплексы.

1. Методы очистки от загрязняющих веществ промышленных выбросов:
   • Гравитация. Применяется для осаждения крупных пылевых частиц.
   • Фильтрование. Подходит для отделения веществ в твердом агрегатном состоянии с различным диаметром частиц, происходит в специальных аппаратах: циклонах, скрубберах, фильтрах, пылеосадителях.
   • Сорбция. Применяется для очистки выбросов от жидких и газообразных веществ. Заключается в поглощении специальными веществами молекул загрязнителей. Проводится в адсорберах или абсорберах.
   • Конденсация. Применяется для отделения жидких или газообразных загрязнителей. Проводится в специальных реакторах или конденсаторах.
   • Окисление-восстановление. Метод подходит для обезвреживания веществ в различных агрегатных состояниях путем их химического превращения в безопасные. Проводится в специальных реакторах под действием катализаторов или в горелках для термического превращения.
2. Защита атмосферы от выхлопных газов транспорта :
   • Изменение качества или вида топлива, например, перевод автомобилей на сжиженный газ, спирт и т.д.
   • Установка каталитических, пламенных или жидкостных нейтрализаторов на выхлопную систему автомобилей.
   • Переход на электромобили.
3. Защита атмосферы от загрязняющих веществ животноводческих комплексов :
   • физико-химические методы, улавливание и нейтрализация вредных веществ происходит в различных фильтрах, скрубберах, пылеосадительных камерах;
   • биологические - извлечение из воздуха углекислого газа и сероводорода с помощью специально выращиваемых растений.
4. Способы снижения загрязнения воздуха от твердотопливных печей :
   • использование современных каталитических и некаталитических печей, устройство которых способствует полному сгоранию топлива и дожиг дымовых газов;
   • использовать для отопления пеллеты или топливные брикеты, при сгорании которых образуется почти вдвое меньше вредных веществ, чем от угля или дров;
   • переход на газовое или электрическое отопление.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Защита атмосферы Для атмосферы характерна чрезвычайно высокая динами чность, обусловленная как бы стрым перемещением воздушных масс в латера льном и вертикальном направлениях, так и вы сокими скоростями, разнообр азием протекающих в ней физико-химических реакций. Атмо сфера рассматри вается как огромный «химический котел», который находится под воздейст вием многочисленных и изменчивых антропогенных и природных факторов. Г азы и аэрозоли, выбрасываемые в атмосферу, характеризуются высокой реак ционной способностью. Пыль и сажа, возникающие при сгорании топлива, лес ных пожарах, сорбируют тяжелые ме таллы и радионуклиды и при осаждении н а поверхность могут загрязнить обширные террито рии, проникнуть в орган изм человека через органы дыхания. Загрязнением атмосферы считается прямое или косвенное введени е в нее любого вещества в таком количестве, которое воздействует на каче ство и состав наружного воздуха, нанося вред людям, живой и неживой приро де, экосистемам, строительным материалам, природным ресурсам – всей окр ужающей среде. Очистка воздуха от при месей. Для защиты атмосферы о т негативного антропогенного воздействия используют следующие меры: - экологизацию технологических процессов; - очистку газовых выбросов от вредных примесей; - рассеивание газовых выбросов в атмосфере; - устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решени я. Безотходная и малоотх одная технология Экологизация тех проц ессов – это создание замкнутых технологических циклов, безотходных и м алоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных заг рязняющих веществ. Наиболее надежным и самым экономичным способом охраны биосферы от вред ных газовых выбросов является переход к безотходному производству, или к безотходным технологиям. Термин «безотходная технология» впервые пр едложен академиком Н.Н. Семеновым. Под ним подразумевается создание опти мальных технологических систем с замкнутыми материальными и энергети ческими потоками. Такое производство не должно иметь сточных вод, вредн ых выбросов в атмосферу и твердых отходов и не должно потреблять воду из природных водоемов. То есть понимают принцип организации и функциониро вания производств, при рациональном использовании всех компонентов сы рья и энергии в замкнутом цикле: (первичные сырьевые ресурсы – производство – потреблен ие – вторичные сырьевые ресурсы). Конечно же, понятие «безотходное производство» имеет несколько условн ый характер; это идеальная модель производства, так как в реальных услов иях нельзя полностью ликвидировать отходы и избавиться от влияния прои зводства на окружающую среду. Точнее следует называть такие системы мал оотходными, дающими минимальные выбросы, при которых ущерб природным эк осистемам будет минимален. Малоотходная технология является промежуто чной ступенью при создании безо тходного про изводства. В настоящее время определилось несколько основных направлений охраны биосферы, которые в конечном счете ведут к созданию безотходных техноло гий: 1) разработка и внедрение п ринципиально новых технологических процессов и систем, работающих по з амкнутому циклу, позволяющих исключить образование основного количест ва отходов; 2) переработка отходов производства и потребления в качес тве вторичного сырья; 3) создание территориально-промышленных комплексов с замк нутой структурой материальных потоков сырья и отходов внутри комплекс а. Важность экономного и рационального использования природных р есурсов не требует обоснований. В мире непрерывно растет потребность в с ырье, производство которого обходится всё дороже. Будучи межотраслевой проблемой, разработка малоотходных и безотходных технологий и рациона льное использования вторичных ресурсов требует принятия межотраслевы х решений. Разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем, работающих по замкнутому циклу, позволяющих исключить образов ание основного количества отходов, является основным направлением тех нического прогресса. Очистка газовых выбро сов от вредных примесей Газовые выбросы класс ифицируются по организации отвода и контроля – на организованные и нео рганизованные, по температуре на нагретые и холодные. Организованный выброс – это выброс, поступающий в атмосф еру через специально сооруженные газоходы, воздуховоды, трубы. Неорганизованные называют промышленные выбросы, поступающие в атмосфе ру в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушения герметичн ости оборудования. Отсутствие или неудовлетворительной работы оборудо вания по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки и хранения продукта. Для снижения загрязнения атмосферы от промышленных выбросов использую т системы очистки газов. Под очисткой газов понимают отделение от газа и ли превращение в безвредное состояние загрязняющего вещества, поступа ющего от промышленного источника. Средства защиты атмосферы должны ограничивать налич ие вредных веществ в воздухе среды обитания человека на уровне не выше П ДК. Во всех случаях должно соблюдаться усло вие: С+Сф 30 мкм. Для частиц с d = 5-30 мкм степень очистки снижается до 80%, а при d == 2-5 мкм она составляет менее 40%. Диаметр частиц, ул авливаемых циклоном на 50%, можно опреде лить по эмпирической формуле Гидравлическое сопротивление высокопроизводительных циклонов соста вляет около 1080 Па. Ци клоны широко применяют при грубой и средней очистке газа от аэрозолей. Другим типом центробежного пылеуловителя служит ротоклон, состоящий и з ротора и вентилятора, помещенного в осадительный кожух. Лопасти вентил ятора, вращаясь, направляют пыль в канал, который ведет в приемник пыли. Циклонные аппараты наиболее распространены в промышленности, так как у них отсутствуют движущиеся части в аппарате и высокая надежнос ть работы при температуре газов до 500 0 С, улавл ивание пыли в сухом виде, почти постоянное гидравлическое сопротивлени е аппарата, простота изготовления, высокая степень очистки. Недостатки: высокое гидравлическое сопротивление 1250-1500 Па, плохое улавлив ание частиц размером меньше 5мкм. Для очистки газов используют также фильтры. Фильтрация основана на прохождении очищаемого газа через различные фи льтрующие материалы. Фильтрующие перегородки состоят из волокнистых и ли зернистых элементов и условно подразделяются на следующие типы. Гибкие пористые перегородки – тканевые материалы из природных, синтет ических или минеральных волокон, нетканные волокнистые материалы (войл оки, бумаги, картон) ячеистые листы (губчатая резина, пенополиуретан, мемб ранные фильтры). Фильтрация - весьма распространенный прием тонкой очистки газов. Ее п реимущества - сравн ительная низкая стоимость оборудования (за исключением металлокерамич еских фильтров) и высокая эффективность тонкой очистки. Недостатки филь трации высокое гидравлическое сопротивление и быстрое забивание фильт рующего материала пылью. Очистка выбросов газообразных веществ промышленных пред приятий В настоящее время, когд а безотходная технология находится в периоде становления и полностью б езотходных предприятий еще нет, основной задачей газоочистки служит до ведение содержания токсичных примесей в газовых примесях до предельно допустимых концентраций (ПДК), установленных санитарными нормами. Промышленные способы очистки газовых выбросов от газо- и парообразных т оксичных примесей можно разделить на пять основных групп: 1 Метод абсорбции – заключается в поглощении отде льных компонентов газообразной смеси абсорбентом (поглотителем) в каче стве которого выступает жидкость. Абсорбенты, применяемые в промышленности, оце ниваются по следующим показателям: 1) абсорбционная ем кость, т. е. растворимость извлекаемого компонента в поглотителе в завис имости от температуры и давления; 2) селективность, ха рактеризуемая соотношением растворимостей разделяемых газов и скорос тей их абсорбции; 3) минимальное давл ение паров во избежание загрязнения очищаемого газа парами абсорбента; 4) дешевизна; 5) отсутствие корро зирующего действия на аппаратуру. В качестве абсорбентов применяют воду, растворы аммиака, едких и карбонатных щелоч ей, солей марганца, этаноламины, масла, суспензии гидроксида кальция, окс идов марганца и магния, сульфат магния и др. Например, для очистки газов от аммиака, хлористого и фтористого водорода в качестве абсорбента исполь зуют воду, для улавливания водяных паров – серную кислоту, для улавлива ния ароматических углеводородов – масла. Абсорбционная очистка - непрерывный и, как правило, ц иклический процесс, так как поглощение примесей обычно сопровождается регенерацией поглотительного раствора и его возвращением в начале цик ла очистки. При физической абсорбции регенерацию абсорбента проводят н агреванием и снижением давления, в результате чего происходит десорбци я поглощенной газовой примеси и ее концентрированно. Для реализа ции процесса очистки применяют абсорберы различных конструкций (плено чные, насадочные, трубчатые и др.). Наиболее распространен насадочный скр уббер, применяемый для очистки газов от диоксида серы, сероводорода, хло роводорода, хлора, оксида и диоксида углерода, фенолов и т. д. В насадочных скрубберах скорость массообменных процессов мала из-за малоинтенсивно го гидродинамического режима этих реакторов, работающих при скорости г аза 0,02-0,7 м/с. Объемы ап паратов поэтому велики и установки громоздки. Абсорбционные методы характеризуются непрерывностью и универсальн остью процесса, экономичностью и возможностью извлечения больших коли честв примесей из газов. Недостаток этого метода в том, что насадочные ск рубберы, барботажные и даже пенные аппараты обеспечивают достаточно вы сокую степень извлечения вредных примесей (до ПДК) и полную регенерацию поглотителей только при большом числе ступеней очистки. Поэтому технол огические схемы мокрой очистки, как правило, сложны, многоступенчаты и о чистные реакторы (особенно скрубберы) име ют большие объемы. Любой процесс мокрой абсорбционной очистки выхлопных газов от газо- и парообразных примесей целесообразен только в случае его цикличн ости и безотходности. Но и циклические системы мокрой очистки конкур ентоспособны только тогда, когда они совмещены с пылеочисткой и охлажде нием газа. 2. Метод хемосорбции – основан на поглощении газов и паров твердыми и жид кими поглотителями, в результате чего образуются мало летучие и малорас творимые соединения. Большинство хемосорбционных процессов газоочист ки обратимы, т. е. при повышении температуры поглотительного раствора хи мические соединения, образовавшиеся при хемосорбции, разлагаются с рег енерацией активных компонентов поглотительного раствора и с десорбцие й поглощенной из газа примеси. Этот прием положен в основу регенерации х емосорбентов в циклических системах газоочистки. Хемосорбция в особен ности применима для тонкой очистки газов при сравнительно небольшой на чальной концентрации примесей. 3. Метод адсорбции - основан на улавливании вредных газовых примесей поверхностью твердых тел, высоко пористых материалов, обладающих развитой удельной поверхностью. Адсорбционные методы применяют для различных технологических целей - разделение парогазовых смесей на компоненты с выделени ем фракций, осушка газов и для санитарной очистки газовых выхлопов. В пос леднее время адсорбционные методы выходят на первый план как надежное с редство защиты атмосферы от токсичных газообразных веществ, обеспечив ающее возможность концентрирования и утилизации этих веществ. Промышленные адсорбенты, чаще всего применяемые в газоочистке, - это активированный уго ль, силикагель, алюмогель, природные и синтетические цеолиты (молекулярн ые сита). Основные требования к промышленным сорбентам - высокая поглотительная сп особность, избирательность действия (селективность), термическая устой чивость, длительная служба без изменения структуры и свойств поверхнос ти, возможность легкой регенерации. Чаще всего для санитарной очистки га зов применяют активный уголь благодаря его высокой поглотительной спо собности и легкости регенерации. Известны различные конструкции адсорбентов (вертикальн ые, используемые при малых расходах, горизонтальные, при больших расхода х, кольцевые). Очистку газа осуществляют через неподвижные слои адсорбен та и движущиеся слои. Очищаемый газ проходит адсорбер со скоростью 0,05-0,3 м/с. После очистки ад сорбер переключается на регенерацию. Адсорбционная установка, состоящ ая из нескольких реакторов, работает в целом непрерывно, так как одновре менно одни реакторы находятся на стадии очистки, а другие - на стадиях регенерации, ох лаждения и др. Реген ерацию проводят нагреванием, например выжиганием органических веществ, пропусканием острого или перегретого пара, воздуха, инертного газа (азо та). Иногда адсорбент, потерявший активность (экранированный пылью, смол ой), полностью заменяют. Наиболее перспективны непрерывные циклические процессы адсорбцион ной очистки газов в реакторах с движущимся или взвешенным слоем адсорбе нта, которые характеризуются высокими скоростями газового потока (на по рядок выше, чем в периодических реакторах), высокой производительностью по газу и интенсивностью работы. Общие достоинства адсорбционных методов очистки газов: 1) глубокая очистка газов от токсичных примесей; 2) сравнительная ле гкость регенерации этих примесей с превращением их в товарный продукт и ли возвратом в производство; таким образом осуществляется принцип безо тходной технологии. Адсорбционный метод особенно рационален для удале ния токсических примесей (органических соединений, паров ртути и др.), сод ержащихся в малых концентрациях, т. е. как завершающий этап санитарной оч истки отходящих газов. Недостатки большинства адсорбционных установок - периодичность 4. Метод каталитического окисления – основан на удалении примес ей из очищаемого газа в присутствии катализаторов. Действие катализаторов проявляется в промежуточном химическом взаимодействии катализатора с реагирующими веществами, в р езультате чего образуется промежуточные соединения. В качестве катализаторов применяют металлы и их соединения (оксиды меди, марганца и др.) Катализаторы имеют вид шаров, к олец или другую форму. Особенно широко этот метод используется для очист ки выхлопных газов ДВС. В результате каталитических реакций примеси, находящиес я в газе, превращаются в другие соединения, т. е. в отличие от рассмотренны х методов примеси не извлекаются из газа, а трансформируются в безвред ные соединения, присутстви е которых допустимо в выхлопном газе, либо в соединения, ле гко удаляемые из газового потока. Если образовавшиеся вещества подлежа т удалению, то тре буются дополнительные операции (например, извлечение жидкими или твердыми сорбентами). Каталитические методы получают все большее распространение благодаря глубокой очистке газов от токсичных примесей (до 99,9%) при сравнительно невысоки х температурах и обычном давлении, а также при весьма малых начальных ко нцентрациях примесей. Каталитические методы позволяют утилизировать р еакционную теплоту, т.е. создавать энерготехнологические системы. Устан овки каталитической очистки просты в эксплуатации и ма логабаритны. Недостаток многих процессов каталитической очистки - образование новых веществ, которые подлежат удалению из газа другими методами (абсорбция, адсорбц ия), что усложняет установку и снижает общий экономический эффект. 5.Термический метод заключается в очистке газов перед выбросом в атмосферу путем высокотемпературного дожигания. Термические методы обезвреживания газовых выбросов применимы при высокой концентрации горючих органических загрязнителе й или оксида углерода. Простейший метод - факельное сжигание - возможен, когда концентра ция горючих загрязнителей близка к нижнему пределу воспламенения. В это м случае примеси служат топливом, температура процесса 750- 900 °С и теплоту горения прим есей можно утилизировать. Когда концентрация горючих примесей меньше нижнего предела воспламене ния, то необходимо подводить некоторое количество теплоты извне. Чаще вс его теплоту подводят добавкой горючего газа и его сжиганием в очищаемом газе. Горючие газы проходят систему утилизации теплоты и выбрасываются в атмосферу. Такие энерготехнологические схемы применяют при достаточ но высоком содержании горючих примесей, иначе возрастает расход добавл яемого горючего газа. Рассеивание пылегазовых выбросов в атмосферу. При любом способе очис тке, часть пыли и газов остается в воздухе, выбрасываемом в атмосферу. Рас сеивание газовых выбросов используют для снижения опасных концентраци й примесей до уровня соответствующего ПДК. Используют различные технол огические средства для осуществления процесса рассеивания: трубы, вент иляционные устройства. На процессы рассеивания выбросов существенное влияние оказывает состо яние атмосферы, расположение предприятий и источников выбросов, характ ер местности и т. д. Горизонтальное перемещение примесей определяется в основном скоростью ветра, а вертикальное – распределением температур в вертикальном направлении. При распределении концентрации вредных веществ в атмосфере над факело м организованного высокого источника выброса выделяют 3 зоны загрязнен ия атмосферы: Рис. 1. Переброс факела выбросов, характеризующийся относительно невысоким с одержанием вредных веществ в приземном слое атмосферы. 2. Зона задымления с максимальным содержанием вредных веществ и постепен ное снижение уровня загрязнения. Эта зона является наиболее опасной для населения. Размеры этой зоны в зависимости от метеорологических услови й находятся в пределах 10-49 высоты трубы. 3. Зона постепенного сниж ения уровня загрязнения. При невозможности достигнуть ПДК очисткой иногда при меняют многократное разбавление токсичных веществ или выброс газов че рез высокие дымовые трубы для рассеивания примесей в верхних слоях атмо сферы. Теоретическое определение концентрации примесей в нижних слоях атмосферы в зависимости от высоты трубы и других факторов связано с зако нами турбулентной диффузии в атмосфере и пока разработано не полностью. Высоту трубы, необходимую, чтобы обеспечить ПДК токсичных веществ в нижн их слоях атмосферы, на уровне дыхания, определяют по приближенным формул ам, например: ПДВ = где ПДВ - предельно допустимый выброс вредных примесей в атмосферу, обеспечивающий концен трацию этих веществ в приземном слое воздуха не выше ПДК, г/с; Н - высота трубы, м; V - объем газового выброса, м^с; ∆ t - разность между температурами газового выброса и окружаю щего воздуха, °С; А - коэффициент, определяющий условия вертикального и горизонтального рас сеив ания вредных веществ в воздухе; F - безразмерный к оэффициент, учи тывающий скорость седиментации вредных веществ в атмос фере; т - коэффициент, учитывающий условия выхода газа из устья тр убы, его определяют графически или приближенно по формуле: Метод достижения ПДК с помощью «высоких труб» служит лишь паллиативом, т ак как не предохраняет атмосферу, а лишь переносит загрязнения из одного района в другие. Устройство санитарно-защитных зон Санитарно-з ащитная зона - это полоса, отделяющая источники промышленного загрязнен ия от жилых или общественных зданий для защиты населения от влияния вред ных факторов производства. Ширину санитарно-защитных зон устанавливают в зависимости от класса пр оизводства, степени вредности и количества, выделенных в атмосферу веще ств, и принимают равной от 50 до 1000 м. Санитарно-защитная зона должна быть благоустроена и озеленена. Различают 3 типа зон: Круговые, при полном окружении предприятия жилой застройкой; Секторные, при частичном окружении предприятия жилой застройкой и прим ыкания завода к естественной природной преграде. Трапециидальные, при отрыве предприятия от селитебной зоны. Устройство са н-защитных зон – вспомогательное средство защиты, так как очень дорогос тоящее мероприятие, это увеличение протяженности дорог, коммуникаций и т.д. Архитектур но-планировочные мероприятия включают правильное взаимное размещение источников выброса в населенных пунктах с учетом направления ветра, выб ор под застройку промышленного предприятия ровного возвышенного места, хорошо продуваемого ветрами, сооружение автомобильных дорог в обход на селенных пунктов и др.

1. Атмосфера
2. Контроль газовых смесей
3. Парниковый эффект
4. Киотский протокол
5. Средства защиты
6. Защита атмосферы
7. Средства защиты
8. Сухие пылеуловители
9. Мокрые пылеуловители
10. Фильтры
11. Электрофильтры

Атмосфера

Атмосфера - газовая оболочка небесного тела, удерживаемая около него гравитацией.

Глубина атмосферы некоторых планет, состоящих в основном из газов (газовые планеты), может быть очень большой.

Атмосфера Земли содержит кислород, используемый большинством живых организмов для дыхания, и диоксид углерода потребляемый растениями, водорослями и цианобактериями в процессе фотосинтеза.

Атмосфера также является защитным слоем планеты, защищая её обитателей от солнечного ультрафиолетового излучения.

Основные загрязнители атмосферного воздуха

Основными загрязнителями атмосферного воздуха, образующимися как в процессе хозяйственной деятельности человека, так и в результате природных процессов, являются:

• диоксид серы SO2,
• диоксид углерода CO2,
• оксиды азота NOx,
• твердые частицы – аэрозоли.

Доля этих загрязнителей составляет 98% в общем объеме выбросов вредных веществ.

Помимо этих основных загрязнителей, в атмосфере наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ: формальдегид, фенол, бензол, соединения свинца и других тяжелых металлов, аммиак, сероуглерод и др.

Основные загрязнители атмосферы

Источники загрязнения атмосферы проявляются практически во всех видах хозяйственной деятельности человека. Их можно разделить на группы стационарных и подвижных объектов.

К первым относятся промышленные, сельскохозяйственные и другие предприятия, ко вторым - средства наземного, водного и воздушного транспорта.

Среди предприятий наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят:

• теплоэнергетические объекты (тепловые электрические станции, отопительные и производственные котельные агрегаты);
• металлургические, химические и нефтехимические заводы.

Загрязнение атмосферы и контроль ее качества

Контроль атмосферного воздуха осуществляется с целью установления соответствия его состава и содержания компонентов требованиям охраны окружающей среды и здоровья человека.

Контролю подлежат все источники образования загрязнений, поступающих в атмосферу, их рабочие зоны, а также зоны влияния этих источников на окружающую среду (воздух населенных пунктов, мест отдыха и др.)

Комплексный контроль качества включает следующие измерения:

• химический состав атмосферного воздуха по ряду наиболее важных и значимых компонентов;
• химический состав атмосферных осадков и снежного покрова
• химический состав пылевых загрязнений;
• химический состав жидкофазных загрязнений;
• содержание в приземном слое атмосферы отдельных компонентов газовых, жидкофазных и твердофазных загрязнений (в том числе токсических, биологических и радиоактивных);
• радиационный фон;
• температура, давление, влажность атмосферного воздуха;
• направление и скорость ветра в приземном слое и на уровне флюгера.

Данные этих измерений позволяют не только оперативно оценивать состояние атмосферы, но и прогнозировать неблагоприятные метеорологические условия.

Контроль газовых смесей

Контроль состава газовых смесей и содержания в них примесей основан на сочетании качественного и количественного анализа. При качественном анализе выявляют присутствие в атмосфере специфических особо опасных примесей без определения их содержания.

Применяют органолептический, индикаторный методы и метод тест-проб. Органолептическое определение основано на способности человека узнавать запах специфического вещества (хлор, аммиак, сера и др.), изменение окраски воздуха, чувствовать раздражающее действие примесей.

Экологические последствия загрязнения атмосферы

К важнейшим экологическим последствиям глобального загрязнения атмосферы относятся:

• возможное потепление климата (парниковый эффект);
• нарушение озонового слоя;
• выпадение кислотных дождей;
• ухудшение здоровья.

Парниковый эффект

Парниковый эффект – это повышение температуры нижних слоев атмосферы Земли по сравнению с эффективной температурой,т.е. температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса.

Киотский протокол

В декабре 1997 г. на встрече в Киото (Япония), посвященной глобальному изменению климата, делегатами из более чем 160 стран была принята конвенция, обязывающая развитые страны сократить выбросы СО2. Киотский протокол обязывает 38 индустриально развитых стран сократить к 2008–2012 г.г. выбросы СО2 на 5 % от уровня 1990 г.:

• Европейский союз должен сократить выбросы СО2 и других тепличных газов на 8 %,
• США – на 7%,
• Япония – на 6 %.

Средства защиты

Основными путями снижения и полной ликвидации загрязнения атмосферы служат:

• разработка и внедрение очистных фильтров на предприятиях,
• использование экологически безопасных источников энергии,
• использование безотходной технологии производства,
• борьба с выхлопными газами автомобилей,
• озеленение городов и поселков.

Очистка промышленных отходов не только предохраняет атмосферу от загрязнений, но и дает дополнительное сырье и прибыли предприятиям.

Защита атмосферы

Один из способов предохранения атмосферы от загрязнения - переход на новые экологически безопасные источники энергии. Например, строительство электростанций, использующих энергию приливов и отливов, тепло недр, применение гелиоустановок и ветряных двигателей для получения электроэнергии.

В 1980-е годы перспективным источником энергии считались атомные электростанции (АЭС). После чернобыльской катастрофы число сторонников широкого использования атомной энергии уменьшилось. Эта авария показала, что атомные электростанции требуют повышенного внимания к системам их безопасности. Альтернативным источником энергии академик А. Л. Яншин, например, считает газ, которого в России в перспективе можно добывать около 300 трлн кубометров.

Средства защиты

• Очистка технологических газовых выбросов от вредных примесей.
• Рассеивание газовых выбросов в атмосфере. Рассеивание осуществляется с помощью высоких дымовых труб (высотой более 300 м). Это временное, вынужденное мероприятие, которое осуществляется вследствие того, что существующие очистные сооружения не обеспечивают полной очистки выбросов от вредных веществ.
• Устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения.

Санитарно-защитная зона (СЗЗ) – это полоса, отделяющая источники промышленного загрязнения от жилых или общественных зданий для защиты населения от влияния вредных факторов производства. Ширина СЗЗ устанавливается в зависимости от класса производства, степени вредности и количества выделенных в атмосферу веществ (50–1000 м).

Архитектурно-планировочные решения – правильное взаимное размещение источников выбросов и населенных мест с учетом направления ветров, сооружение автомобильных дорог в обход населенных пунктов и др.

Оборудование для очистки выбросов

• устройства для очистки газовых выбросов от аэрозолей (пыли, золы, сажи);
• устройства для очистки выбросов от газо- и парообразных примесей (NO, NO2, SO2, SO3 и др.)

Сухие пылеуловители

Сухие пылеуловители предназначены для грубой механической очистки от крупной и тяжелой пыли. Принцип работы – оседание частиц под действием центробежной силы и силы тяжести. Широкое распространение получили циклоны различных видов: одиночные, групповые, батарейные.

Мокрые пылеуловители

Мокрые пылеуловители характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсной пыли размером до 2 мкм. Работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель под действием сил инерции или броуновского движения.

Запыленный газовый поток по патрубку 1 направляется на зеркало жидкости 2, на котором осаждаются наиболее крупные частицы пыли. Затем газ поднимается навстречу потоку капель жидкости, подаваемой через форсунки, где происходит очистка от мелких частиц пыли.

Фильтры

Предназначены для тонкой очистки газов за счет осаждения частиц пыли (до 0,05 мкм) на поверхности пористых фильтрующих перегородок.

По типу фильтрующей загрузки различают тканевые фильтры (ткань, войлок, губчатая резина) и зернистые.

Выбор фильтрующего материала определяется требованиями к очистке и условиями работы: степень очистки, температура, агрессивность газов, влажность, количество и размер пыли и т.д.

Электрофильтры

Электрофильтры – эффективный способ очистки от взвешенных частиц пыли (0,01 мкм), от масляного тумана.

Принцип действия основан на ионизации и осаждении частиц в электрическом поле. У поверхности коронирующего электрода происходит ионизация пылегазового потока. Приобретая отрицательный заряд, частицы пыли движутся к осадительному электроду, имеющему знак, противоположный заряду коронирующего электрода. По мере накопления на электродах частицы пыли падают под действием силы тяжести в сборник пыли или удаляются встряхиванием.

Способы очистки от газо- и парообразных примесей

Очистка от примесей путем каталитического превращения. С помощью этого метода превращают токсичные компоненты промышленных выбросов в безвредные или менее вредные вещества путем введения в систему катализаторов (Pt, Pd, Vd):

• каталитическое дожигание СО до СО2;
• восстановление NОx до N2.

Абсорбционный метод основан на поглощении вредных газообразных примесей жидким поглотителем (абсорбентом). В качестве абсорбента, например, используют воду для улавливания таких газов как NH3, HF, HCl.

Адсорбционный метод позволяет извлекать вредные компоненты из промышленных выбросов с помощью адсорбентов – твердых тел с ультрамикроскопической структурой (активированный уголь, цеолиты, Al2O3.

1
Содержание

I. Строение и состав атмосферы
II. Загрязнение атмосферы:

Качество атмосферы и особенности ее загрязнения;
Основные химические примеси, загрязняющие атмосферу.

III. Методы и средства защиты атмосферы:

Основные методы защиты атмосферы от химических примесей;
Классификация систем очистки воздуха и их параметры.

IV. Список литературы

I. Строение и состав атмосферы

Атмосфера – это газообразная оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов и простирающаяся на высоту более 100 км. Она имеет слоистое строение, которое включает ряд сфер и расположенные между ними паузы. Масса атмосферы составляет 5,91015 т, объем – 13,2-1020 м 3 . Атмосфера играет огромную роль во всех природных процессах и, в первую очередь, регулирует тепловой режим и общие климатические условия, а также защищает человечество от вредного космического излучения.
Основными газовыми компонентами атмосферы являются азот (78%), кислород (21%), аргон (0,9%) и углекислый газ (0,03%). Газовый состав атмосферы меняется с высотой. В приземном слое из-за антропогенных воздействий количество углекислого газа возрастает, а кислорода снижается. В отдельных регионах в результате хозяйственной деятельности в атмосфере увеличивается количество метана, оксидов азота и других газов, вызывающих такие неблагоприятные явления, как парниковый эффект, разрушение озонового слоя, кислотные дожди, смог.
Циркуляция атмосферы влияет на режим рек, почвенно-растительный покров, а также экзогенные процессы рельефообразования. И, наконец, воздух – необходимое условие жизни на Земле.
Наиболее плотный слой воздуха, прилегающий к земной поверхности, носит название тропосферы. Толщина ее составляет: на средних широтах 10-12 км, над уровнем моря и на полюсах 1-10 км, а на экваторе 16-18 км.
Из-за неравномерности нагрева солнечной энергией в атмосфере образуются мощные вертикальные потоки воздуха, а в приземном слое отмечается неустойчивость его температуры, относительной влажности, давления и т.п. Но при этом температура в тропосфере по высоте является стабильной и уменьшается на 0,6°С на каждые 100 м в диапазоне от +40 до -50°С. В тропосфере содержится до 80% всей влаги, имеющейся в атмосфере, в ней образуются облака и формируются все виды осадков, которые по своей сути являются очистителями воздуха от примесей.
Выше тропосферы расположена стратосфера, а между ними находится тропопауза. Толщина стратосферы составляет около 40 км, воздух в ней заряжен, влажность его невысока, при этом температура воздуха от границы тропосферы до высоты 30 км над уровнем моря постоянна (около -50°С), а затем она постепенно повышается до +10°С на высоте 50 км. Под воздействием космического излучения и коротковолновой части ультрафиолетового излучения Солнца молекулы газов в стратосфере ионизируются, в результате образуется озон. Озоновый слой, располагаемый до 40 км, играет очень большую роль, оберегая все живое на Земле от ультрафиолетовых лучей.
Стратопауза отделяет стратосферу от лежащей выше мезосферы, в которой количество озона уменьшается, а температура на высоте примерно 80 км над уровнем моря составляет -70°С. Резкий перепад температур между стратосферой и мезосферой объясняется наличием озонового слоя.

II. Загрязнение атмосферы

1) Качество атмосферы и особенности ее загрязнения

Под качеством атмосферы понимают совокупность ее свойств, определяющих степень воздействия физических, химических и биологических факторов на людей, растительный и животный мир, а также на материалы, конструкции и окружающую среду в целом. Качество атмосферы зависит от ее загрязненности, причем сами загрязнения могут попадать в нее от природных и антропогенных источников. С развитием цивилизации в загрязнении атмосферы все больше и больше превалируют антропогенные источники.
В зависимости от формы материи загрязнения подразделяют на вещественные (ингредиентные), энергетические (параметрические) и вещественно-энергетические. К первым относят механические, химические и биологические загрязнения, которые обычно объединяют общим понятием «примеси», ко вторым - тепловые, акустические, электромагнитные и ионизирующие излучения, а также излучения оптического диапазона; к третьим - радионуклиды.
В глобальном масштабе наибольшую опасность представляет загрязнение атмосферы примесями, так как воздух выступает посредником загрязнения всех других объектов природы, способствуя распространению больших масс загрязнения на значительные расстояния. Промышленными выбросами, переносимыми по воздуху, загрязняется Мировой океан, закисляются почва и вода, изменяется климат и разрушается озоновый слой.
Под загрязнением атмосферы понимают привнесение в нее примесей, которые не содержатся в природном воздухе или изменяют соотношение между ингредиентами природного состава воздуха.
Численность населения Земли и темпы его роста являются предопределяющими факторами повышения интенсивности загрязнения всех геосфер Земли, в том числе и атмосферы, так как с их увеличением возрастают объемы и темпы всего того, что добывается, производится, потребляется и отправляется в отходы. Наибольшее загрязнение атмосферы наблюдается в городах, где обычные загрязнители - это пыль, сернистый газ, оксид углерода, диоксид азота, сероводород и др. В некоторых городах в связи с особенностями промышленного производства в воздухе содержатся специфические вредные вещества, такие, как серная и соляная кислота, стирол, бенз(а)пирен, сажа, марганец, хром, свинец, метилметакрилат. Всего в городах насчитывается несколько сотен различных загрязнителей воздуха.
Особую тревогу вызывают загрязнения атмосферы вновь создаваемыми веществами и соединениями. ВОЗ отмечает, что из 105 известных элементов таблицы Менделеева 90 используются в производственной практике, а на их базе получено свыше 500 новых химических соединений, почти 10% из которых вредные или особо вредные.
2) Основные химические примеси,
загрязняющие атмосферу

Различают естественные примеси, т.е. обусловленные природными процессами, и антропогенные, т.е. возникающие в результате хозяйственной деятельности человечества (рис. 1). Уровень загрязнения атмосферы примесями от естественных источников является фоновым и имеет малые отклонения от среднего уровня во времени.

Рис. 1. Схема процессов выбросов веществ в атмосферу и трансформации
исходных веществ в продукты с последующим выпадением в виде осадков

Антропогенные загрязнения отличаются многообразием видов примесей и многочисленностью источников их выброса. Наиболее устойчивые зоны с повышенными концентрациями загрязнений возникают в местах активной жизнедеятельности человека. Установлено, что каждые 10-12 лет объем мирового промышленного производства удваивается, а это сопровождается примерно таким же ростом объема выбрасываемых загрязнений в окружающую среду. По ряду загрязнений темпы роста их выбросов значительно выше средних. К таковым относятся аэрозоли тяжелых и редких металлов, синтетические соединения, не существующие и не образующиеся в природе, радиоактивные, бактериологические и другие загрязнения.
Примеси поступают в атмосферу в виде газов, паров, жидких и твердых частиц. Газы и пары образуют с воздухом смеси, а жидкие и твердые частицы - аэрозоли (дисперсные системы), которые подразделяют на пыль (размеры частиц более 1 мкм), дым (размеры твердых частиц менее 1 мкм) и туман (размер жидких частиц менее 10 мкм). Пыль, в свою очередь, может быть крупнодисперсной (размер частиц более 50 мкм), среднедисперсной (50-10 мкм) и мелкодисперсной (менее 10 мкм). В зависимости от размера жидкие частицы подразделяются на супертонкий туман (до 0,5 мкм), тонкодисперсный туман (0,5-3,0 мкм), грубодисперсный туман (3-10 мкм) и брызги (свыше 10 мкм). Аэрозоли чаще полидисперсные, т.е. содержат частицы различного размера.
Основными химическими примесями, загрязняющими атмосферу, являются следующие: оксид углерода (СО), диоксид углерода (СО 2), диоксид серы (SO 2), оксиды азота, озон, углеводороды, соединения свинца, фреоны, промышленные пыли.
Основными источниками антропогенных аэрозольных загрязнений воздуха являются теплоэлектростанции (ТЭС), потребляющие уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и другие заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим химическим разнообразием. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже – оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Еще большее разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях.
К постоянным источникам аэрозольного загрязнения относятся промышленные отвалы – искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образующихся при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС. Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью.
Сжигание каменного угля, производство цемента и выплавка чугуна дают суммарный выброс пыли в атмосферу, равный 170 млн т/г.
Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. К опасным факторам антропогенного характера, способствующим серьезному ухудшению качества атмосферы, следует отнести ее загрязнение радиоактивной пылью. Время пребывания мелких частиц в нижнем слое тропосферы составляет в среднем несколько суток, а в верхнем – 20-40 суток. Что касается частиц, попавших в стратосферу, то они могут находиться в ней до года, а иногда и больше.

III. Методы и средства защиты атмосферы

1) Основные методы защиты атмосферы
от химических примесей

Все известные методы и средства защиты атмосферы от химических примесей можно объединить в три группы.
В первую группу входят мероприятия, направленные на снижение мощности выбросов, т.е. уменьшение количества выбрасываемого вещества в единицу времени. Во вторую группу входят мероприятия, направленные на защиту атмосферы путем обработки и нейтрализации вредных выбросов специальными системами очистки. В третью группу входят мероприятия по нормированию выбросов как на отдельных предприятиях и устройствах, так и в регионе в целом.
Для снижения мощности выбросов химических примесей в атмосферу наиболее широко используют:

замену менее экологичных видов топлива экологичными;
сжигание топлива по специальной технологии;
создание замкнутых производственных циклов.

В первом случае применяют топливо с более низким баллом загрязнения атмосферы. При сжигании различных топлив такие показатели, как зольность, количество диоксида серы и оксидов азота в выбросах, могут сильно различаться между собой, поэтому введен суммарный показатель загрязнения атмосферы в баллах, который отражает степень вредного воздействия на человека.
Сжигание топлива по особой технологии (рис. 2) осуществляется либо в кипящем (псевдоожиженном) слое, либо предварительной их газификацией.

Рис. 2. Схема тепловой электростанции с использованием дожигания
топочных газов и впрыскиванием сорбента: 1 - паровая турбина; 2 - горелка;
3 - бойлер; 4 - электроосадитель; 5 - генератор

Для уменьшения мощности выброса серы твердое, порошкообразное или жидкое топливо сжигают в кипящем слое, который формируется из твердых частиц золы, песка или других веществ (инертных или реакционно-способных). Твердые частицы вдуваются в проходящие газы, где они завихряются, интенсивно перемешиваются и образуют принудительно равновесный поток, который в целом обладает свойствами жидкости.
Предварительной газификации подвергаются уголь и нефтяные топлива, однако на практике чаще всего применяют газификацию угля. Поскольку в энергетических установках получаемый и отходящий газы могут быть эффективно очищены, то концентрации диоксида серы и твердых частиц в их выбросах будут минимальными.
Одним из перспективных способов защиты атмосферы от химических примесей является внедрение замкнутых производственных процессов, которые сводят к минимуму выбрасываемые в атмосферу отходы, вторично используя их и потребляя, т. е. превращая их в новые продукты.

2) Классификация систем очистки воздуха и их параметры

По агрегатному состоянию загрязнители воздуха подразделяются на пыли, туманы и газопарообразные примеси. Промышленные выбросы, содержащие взвешенные твердые или жидкие частицы, представляют собой двухфазные системы. Сплошной фазой в системе являются газы, а дисперсной – твердые частицы или капельки жидкости.
и т.д.................