ответы к атмосфере

Кислотная коррозия

Действие таких осадков вызывает ускоренную коррозию металлов, выход из строя механизмов.

17

Среди антропогенных источников образования оксидов азота на первом месте стоит горение ископаемого топлива (уголь, нефть, газ и т.д.). Во время горения в результате возникновения высокой температуры находящиеся в воздухе азот и кислород соединяются. Количество образовавшегося оксида азота NO пропорционально температуре горения.

Оксиды азота образуются и при горении имеющихся в топливе азотосодержащих веществ. Сжигая ископаемое топливо, человечество ежегодно выбрасывает в воздушный бассейн Земли около12 млн.т. оксидов азота. Немного меньше оксидов азота, около 8 млн.т. в год поступает от сжигания горючего (бензина, дизельное топливо и т.д.) в двигателелях внутреннего сгорания.Промышленностью во всем мире выбрасывается около 1 млн.т. азота ежегодно. Таким образом, по крайней мере, 37% из почти 56 млн.т. ежегодных выбросов оксида азота образуется из антропогенных источников. Этот процент, однако, будет намного больше, если к нему прибавить продукты сжигания биомассы.

Почвенная эмиссия оксидов азота.

Горение биомассы.

Существуют три основных источника естественной эмиссии серы.

Процессы разрушения биосферы. С помощью анаэробных (действующих без участия кислорода) микроорганизмов происходят различные процессы разрушения органических веществ. Благодаря этому содержащаяся в них сера образует газообразные соединения. Вместе с тем определенные анаэробные бактерии извлекают из сульфатов, растворенных в естественных водах, кислород, в результате чего образуются сернистые газообразные соединения.

2. Вулканическая деятельность. При извержении вулкана в атмосферу наряду с большим количеством двуокиси серы попадают сероводород, сульфаты и элементарная сера. Эти соединения поступают главным образом в нижний слой - тропосферу, а при отдельных, большой силы извержениях наблюдается увеличение концентрации соединений серы и в более высоких слоях - в стратосфере. С извержением вулканов в атмосферу ежегодно в среднем попадает около 2 млн т серосодержащих соединений. Для тропосферы это количество незначительно по сравнению с биологическими выделениями, для стратосферы же извержения вулканов являются самым важным источником появления серы.

3. Поверхность океанов. После испарения капель воды, поступающих в атмосферу с поверхности океанов, остается морская соль, содержащая наряду с ионами натрия и хлора соединения серы — сульфаты.

В результате деятельности человека в атмосферу попадают значительные количества соединений серы, главным образом в виде ее двуокиси. Среди источников этих соединений на первом месте стоит уголь, сжигаемый в зданиях и на электростанциях, который дает 70% антропогенных выбросов. Содержание серы (несколько процентов) в угле достаточно велико (особенно в буром угле). В процессе горения сера превращается в сернистый газ, а часть серы остается в золе в твердом состоянии.

Источниками образования двуокиси серы могут быть также отдельные отрасли промышленности, главным образом металлургическая, а также предприятия по производству серной кислоты и переработке нефти. На транспорте загрязнение соединениями серы относительно незначительно, там в первую очередь необходимо считаться с оксидами азота.

18

В выхлопах двигателей внутреннего сгорания содержатся окись углерода, окись азота, углеводороды, альдегиды, сажа, бенз(а)пирен, телиеылые металлы. Окись углерода попадая в кровь, так действует на красные кровяные шарики- эритроциты, что они теряют способность транспортировать кислород. В результате наступает кислородное голодание, что прежде всего сказывается на центральнойнервной системе. Когда мы вдыхаем окислы азота, они в дыхательных путях соединяются с водой и образуют азотную и азотистую кислоту. В результате возникают не только раздражения слизистых, но и весьма тяжёлые заболевания. Считается, что окислы азота в 10 раз опаснее для организма, чем окись углерода.

Увеличения количества взвешенной в воздухе и осевшей на поверхности пыли объясняется также повышенным износом асфальтового покрытия автомобильных дорог вследствие применения ошипованных шин.

В городах России число автомобилей растет так быстро, что при достаточной инсоляции в атмосфере наших городов могут иметь место такие же процессы, как и в городах других стран.

Автомобильный транспорт является одним из основных источников загрязнения атмосферы: загрязнение автотранспортом достигает 60-80% от общего значения. Опасность загрязнения атмосферы заключается в активном переносе загрязняющих веществ атмосферными потоками на большие расстояния.

19

Воздушный транспорт в основном влияет на атмосферу Земли. Особенности воздействия летательных аппаратов на среду обитания связаны, во-первых, с тем, что современный парк самолетов и вертолетов имеет газотурбинные двигатели (ГТД). Самолеты старых типов с поршневыми двигателями внутреннего сгорания (ДВС) составляют небольшой процент от общего наличия машин, а удельный вес их токсичных выбросов еще меньше. И, в-третьих, основная масса отработанных газов выбрасывается летательными аппаратами непосредственно в воздушном пространстве на сравнительно большой высоте, и лишь меньшая часть — в приземном слое и на земле в пределах аэродромов.

Общий выброс токсичных веществ аппаратами гражданской авиации может быть приблизительно оценен объемом потребляемого авиацией топлива, который составляет примерно 4 % от общего расхода топлива на всех видах транспорта. Таким образом, доля загрязнений, вносимых авиатранспортом в атмосферу, невелика, и к тому же токсичные вещества рассеиваются в пределах больших пространств. Тем не менее, конструкторы авиационных двигателей ведут большие научно-экспериментальные работы по дальнейшему снижению содержания токсичных компонентов в отработанных газах, что приобретает важное значение в связи с ростом авиаперевозок в перспективе и совпадает с требованиями экономии жидкого топлива. Необходимость этой работы определяется также жесткими нормами на токсичность отработанных газов, разрабатываемыми Международной организацией гражданской авиации (ИКАО). ГТД выбрасывают с отработанными газами в основном окись углерода, несгоревшие углеводороды, окислы азота и сажу. На стадии холостого хода (на стоянке) и рулении, при заходе на посадку в отработанных газах существенно повышается содержание окиси углерода и углеводородов, но при этом снижается наличие окислов азота. В крейсерском полете, когда двигатели работают в наиболее оптимальном режиме, содержание окиси углерода и углеводородов падает, но возрастает выделение окислов азота. Наибольшее дымление (выброс сажи) происходит на взлете и наборе высоты, когда двигатели работают в форсажном режиме и, как правило, на обогащенной смеси.

Уменьшение общего расхода топлива, а следовательно, и выброса токсичных веществ достигается также совершенствованием методов эксплуатации самолетов, а именно: повышением степени заполнения самолетов полезной нагрузкой, уменьшением пробега самолетов на аэродромах под собственной тягой, в частности, путем буксировки их тягачами на исполнительный старт, доставки пассажиров от самолетов в вокзал и на посадку автобусами или движущимися конвейерами с тем, чтобы самолет мог находиться на стоянке, максимально приближенной к взлетно-посадочной полосе.

20

Загрязнение атмосферы при испытании и эксплуатации энергетических установок

Наибольшие загрязнения атмосферного воздуха поступают от энергетических установок, работающих на углеводородном топливе (бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, уголь, природный газ и др.). Количество загрязнений определяется составом, объёмом сжигаемого топлива и организацией процесса сгорания.

Энергетические объекты (топливно-энергетический комплекс вообще и объекты энергетики в частности) по степени влияния на окружающую среду принадлежат к числу наиболее интенсивно воздействующих на биосферу.

Увеличение напоров и объемов водохранилищ гидроузлов, продолжение использования традиционных видов топлива (уголь, нефть, газ), строительство АЭС и других предприятий ядерного топливного цикла (ЯТЦ) выдвигают ряд принципиально важных задач глобального характера по оценке влияния энергетики на биосферу Земли. Если в предыдущие периоды выбор способов получения электрической и тепловой энергии, путем комплексного решения проблем энергетики, водного хозяйства, транспорта и др. проводились в первую очередь на основе минимизации экономических затрат, то в настоящее время на первый план все более выдвигаются вопросы оценки возможных последствий возведения и эксплуатации объектов энергетики.

Это, прежде всего, относится к ядерной энергетике (АЭС и другие предприятия ЯТЦ), крупным гидроузлам, энергокомплексам, предприятиям, связанным с добычей и транспортом нефти и газа и т.п. Тенденции и темпы развития энергетики сейчас в значительной степени определяются уровнем надежности и безопасности (в том числе экологической) электростанций разного типа. К этим аспектам развития энергетики привлечено внимание специалистов и широкой общественности, вкладываются значительные материальные и интеллектуальные ресурсы, однако сама концепция надежности и безопасности потенциально опасных инженерных объектов остается во многом мало разработанной.

Развитие энергетического производства, по-видимому, следует рассматривать как один из аспектов современного этапа развития техносферы вообще и энергетики в частности и учитывать при разработке методов оценки и средств обеспечения надежности и экологической безопасности наиболее потенциально опасных технологий.

Одно из важнейших направлений решения проблемы - принятие комплекса технических и организационных решений на основе концепций теории риска.

Объекты энергетики, как и многие предприятия других отраслей промышленности, представляют источники неизбежного, потенциального, до настоящего времени практически количественно не учитываемого риска для населения и окружающей среды. Под надежностью объекта понимается его способность выполнять свои функции (в данном случае - выработка электрической и тепловой энергии) в заданных условиях эксплуатации в течение срока службы. Или наиболее подробно: свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующие способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения.

21

Загрязнение атмосферы выбросами машиностроительных предприятий.

Современное машиностроение развивается на базе крупных производственных объединений, включающих заготовительные и кузнечно-прессовые цехи, цехи химической и мехпнической обработки металлов, цехи покрытий и крупное литейное производство. В состав предприятий входят также испытательные станции, ТЭЦ и вспомогательные подразделения. В процессе производства машин и оборудования широко используют сварочные работы, механическую обработку металлов, переработку неметаллических материалов, лакокрасочные операции и т.п.

В 2008 г. машиностроительными предприятиями выброшено в атмосферу 460 тыс. т загрязняющих веществ. Предприятия этой отрасли загрязняют атмосферу главным образом твердыми вредными веществами, а также диоксидами серы и оксидами азота.

22

Газовые выбросы.

По составу:

аэрозоли

содержащие твердые отходы (пыль 5-10 мкм, дым 0.1-5 мкм)

содержащие капельки жидкости (туманы, капельки размером 0,3 – 5 мкм)

По организации отвода и контроля:

организованные

неорганизованные

По температуре:

нагретые (больше температуры воздуха)

холодные

По признакам очистки:

выбрасываемые без очистки (организованные и неорганизованные)

выбрасываемые после очистки (организованные)

В газообразных промышленных выбросах вредные примеси можно разделить на две группы:

а) взвешенные частицы (аэрозоли) твердых веществ — пыль, дым; жидкостей — туман

б) газооб­разные и парообразные вещества.

23

Организованный промышленный выброс – выброс, поступавший в атмосферу через специально сооруженные газоотводы, воздуховоды, трубы. Могут быть технологическими (при технологических процессах, при продувке оборудования, труб ТЭС, котельных)и вентиляционными (общеобменной и местной вытяжной вентиляции).

Неорганизованный – поступавший в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушений герметичности оборудования, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки и хранения продукта.

24

Электроэнергетика Черная металлургия Цветная металлургия Нефтедобывающая промышленность Угольная промышленность Машиностроительная промышленность Газовая промышленность Промышленность строительных материалов Химическая и нефтехимическая промышленность Деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность Пищевая промышленность Аграрная промышленность Фотохимический туман или смог Трансграничное загрязнение атмосферного воздуха

25

Нормирование примесей в атмосферном воздухе ведется по концентрации, т.е. по количеству вещества в единице объема воздуха при нормальных условиях (обычно в мг/м³).

Для предупреждения загрязнения воздушного бассейна в РФ в законодательном порядке установлены предельно допустимые нормы  вредных веществ в атмосфере.

Предельно-допустимая концентрация (ПДК) – это такая концентрация загрязнителя в атмосферном воздухе, которая  не оказывает на человека прямого или косвенного вредного и неприятного действия, не вызывает патологических изменений или заболеваний.

Для каждого вещества, загрязняющего атмосферный воздух устанавливаются два норматива: максимально разовая ПДК и среднесуточная ПДК.

Среднесуточная ПДК – ПДК, которая устанавливается с целью предупреждения общетоксического, канцерогенного и мутагенного влияния вещества на организм человека.

Максимально разовая ПДК – ПДК, которая устанавливается для предупреждения рефлекторных реакций у человека (ощущение запаха, изменение биоэлектрической активности головного мозга, световой чувствительности глаз и др.) при кратковременном воздействии атмосферных загрязнений (до 20 мин).

Максимально-разовая ПДК является основной характеристикой опасности вредного вещества. Наибольшая концентрация каждого вредного вещества в приземном слое атмосферы С не должна превышать максимально разовой ПДК

Рабочая зона – зона, высотой 2 м над тем местом, где работает человек. 

Для оценки загрязнения воздуха на территориях курортов, мест массового отдыха населения используется 0,8 ПДК атмосферных загрязнений.

С целью защиты зон, на которых расположены жилые массивы, и селитебных территорий от воздействия загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу вместе с промышленными выбросами, требуется отделять предприятия свободными территориями – санитарно-защитными зонами (СЗЗ)

СЗЗ – территории определенной протяженности и ширины, располагающиеся между предприятиями и источниками загрязнения и границами зон жилой застройки. Протяженность СЗЗ устанавливается таким образом, чтобы содержание вредных примесей  в атмосферном воздухе снижалось путем рассеивания до безопасных уровней на границе СЗЗ.

При одновременном присутствии в атмосферном воздухе нескольких вредных веществ, обладающих однонаправленным действием (суммацией), их безразмерная суммарная концентрация должна удовлетворять условию:

Наряду с ПДК для каждого источника выбросов в атмосферу устанавливается предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ, исходя из условия, что выбросы вредных веществ от данного источника и совокупности источников населенного пункта, с учетом развития промышленных предприятий, не создадут концентрацию, превышающую ПДК для населения, растительного и животного мира.

При установлении ПДВ для какого-либо источника загрязнений необходимо учитывать фоновую концентрацию от остальных источников загрязнения, действующих в данной местности. ПДВ измеряется в г/с.

26

Отбор проб воздуха при анализе газо- и парообразных примесей осуществляется за счет протягивания воздуха через специальные твердые или жидкие поглотители, в которых газовая примесь конденсируется либо адсорбируется. В последние годы в качестве сорбентов для концентрирования микропримесей используют растворимые неорганические хемосорбенты, пленочные полимерные сорбенты (полисорбы, порапаки, тенаке и др.), позволяющие улавливать из загрязненного воздуха самые различные химические вещества. Важным достоинством полимерных сорбентов являются их гидрофобность (влага воздуха не концентрируется в ловушки и не мешает анализу) и способность сохранять в течение длительного времени без изменения первоначальной состав пробы.

Контроль концентраций газо– и парообразных примесей атмосферного воздуха производится с помощью газоанализаторов, позволяющих осуществлять мгновенный и непрерывный контроль содержания в нем вредных примесей. Для экспрессного определения токсичных веществ используют универсальные газоанализаторы упрощенного типа (УГ-2, ГХ-2 и др.), основанные на линейно – колористическом методе анализа. При просасывание воздуха через индикаторные трубки, заполненные твердым веществом – поглотителем, происходит изменение окраски индикаторного порошка. Длина крашеного слоя пропорционально концентрации исследуемого вещества, измеряемой по шкале в мг/л.

Универсальный газовый анализатор УГ-2 серийно выпускаемой отечественной промышленностью, позволяет определить концентрацию 16 различных газов и паров. Погрешность измерения не превышает +10% и –10% от верхнего предела каждой шкалы.

27

Важными направлениями экологизации промышленного производства следует считать:

совершенствование технологических процессов и разработка нового оборудования с меньшим уровнем выбросов примесей и отходов в окружающую среду;

экологическую экспертизу всех видов производства и промышленной продукции;

замену токсичных отходов на нетоксичные;

замену неутилизируемых отходов на утилизируемые;

широкое применение дополнительных методов и средств защиты окружающей среды.

В качестве дополнительных средств защиты применяют: аппараты и системы для очистки газовых выбросов, сточных вод от примесей; глушители шума при сбросе газов в атмосферу;

виброизоляторы технологического оборудования;

экраны для защиты от ЭМП и др.

Эти средства защиты постоянно совершенствуются и широко внедряются в технологические и эксплуатационные циклы во всех отраслях народного хозяйства.

Дополнительные средства защиты окружающей среды применяют на транспорте и передвижных энергоустановках. Это – глушители, сажеуловители, нейтрализаторы отработавших газов ДВС, глушители шума компрессорных установок и ГТДУ, виброизоляторы рельсового транспорта и т.д.

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания.

Газ вместо бензина

За последние годы на предприятиях различных отраслей промышленности введены в действие многие совершенные технологические процессы, тысячи газоочистных и пылеулавливающих аппаратов и установок, которые резко сокращают или исключают выбросы вредных веществ в атмосферу. В широких масштабах осуществляется программа перевода предприятий и котельных на природный газ. За пределы городов выведены десятки предприятий и цехов с опасными источниками загрязнения воздушного бассейна. Все это привело к тому, что в большинстве промышленных центров и населенных пунктов страны уровень загрязнения заметно уменьшился. Растет и число промышленных предприятий, оснащенных новейшей и дорогостоящей газоочистной техникой.

28

Пылеулавливающее оборудование - аппараты и устройства, предназначенные для очистки газов от пыли. Отделение пылевых частиц от газов производится в пылеуловителях и фильтрах, которые в зависимости от принципа действия могут быть разделены на десять классов: гравитационные, инерционные масляные, электрические, мокрые, пористые, матерчатые, акустические, комбинированные и прочие.

В рукавных фильтрах воздух очищается от пыли путем фильтрации через ткань, сшитую в виде отдельных рукавов, которые размещаются в герметичном корпусе фильтра. Очищаемый воздух отсасывается из фильтра вентилятором и выбрасывается в атмосферу. Рукава периодически очищают от осаждающейся пыли путем встряхивания с помощью специального механизма (с одновременной обратной продувкой). Рукавные фильтры бывают всасывающего и напорного типов. Для изготовления рукавов используют плотные натуральные или синтетические ткани. Эффективность пылеулавливания рукавных фильтров составляет 95-99%. Наибольшее распространение получили фильтры ФВК, ФРМ, ФТНС.

Принцип действия агрегатов состоит в следующем: воздух, подлежащий очистке, засасывается вентилятором во входной патрубок блока инерционной очистки, где улавливаются частицы размером 10-50 мкм, которые выпадают в контейнер

Далее очищаемый воздух перемещается ко второй ступени фильтрации, где он проходит через фильтрующий материал и очищается от мелких частиц пыли (3 мкм и более). По мере накопления осадка на фильтрующем материале увеличивается аэродинамическое сопротивление второй ступени фильтрации, что приводит к уменьшению производительности по отсасываемому воздуху, поэтому при достижении сопротивления порядка 0,3-0,4 кПа, или при заметном снижении расхода воздуха (при отсутствии дифманометра) требуется произвести отряхивание (регенерацию) фильтрующего элемента от пыли. Регенерация производится при остановленном двигателе вентилятора. По окончании процесса регенерации возобновляется работа вентилятора и продолжается штатное функционирование агрегата. После второй ступени фильтра очищаемый воздух поступает в кассету ультратонкой очистки накопительного типа (поставляется по спецзаказу), где производится очистка от частиц размером от 0,3 мкм.

Очистка от пыли осуществляется в два этапа – сначала сухой циклон (под действием центробежных и гравитацион-ных сил), затем рукавный тканевый фильтр тонкой очистки. Рукавный фильтр может периодически очищаться при помощи ручного встряхивающего механизма. Непосредственно на циклон может быть установлен вытяжной вентилятор FUA серии, который не входит в стоимость агрегата и заказывается дополнительно

29

Тканевые фильтры

* оборудование, применяемое для очистки от взвешенных частиц пыли воздуха, подаваемого в помещения системами приточной вентиляции, кондиционирования и воздушного отопления - воздушные фильтры; * оборудование, применяемое для очистки от пыли воздуха, выбрасываемого в атмосферу системами вытяжной вентиляции - пылеуловители. Пылеулавливающее оборудование в зависимости от способа отделения пыли от воздушного потока применяют следующих исполнений: оборудование для улавливания пыли сухим способом, при котором отделенные от воздуха частицы пыли осаждаются на сухую поверхность; оборудование для улавливания пыли мокрым способом, при котором отделение частиц от воздушного потока осуществляется с использованием жидкостей.

с помощью воздушних фильтров: масляные рулонные

электрические

Оборудование для сухого улавливания включает пылеосадительные устройства, пылеуловители центробежного действия, фильтры, электрофильтры.

30

Процессы очистки технологических и вентиляционных выбросов машиностроительных предприятий от газо- и парообразных примесей характеризуется рядом особенностей: во-первых, газы, выбрасываемые в атмосферу, имеют достаточно высокую температуру и содержат большое количество пыли, что существенно затрудняет процесс газоочистки и требует предварительной подготовки отходящих газов; во-вторых, концентрация газообразных и парообразных примесей чаще в вентиляционных и реже в технологических выбросах обычно переменна и очень низка.

Методы очистки промышленных выбросов от газообразных примесей по характеру протекания физико-химических процессов делятся на четыре группы: промывка выбросов растворителями примеси (метод абсорбции); промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически (метод хемосорбции); поглощение газообразных примесей твердыми активными веществами (метод адсорбции); поглощение примесей путем применения каталитического превращения.

скруббер-абсорбер с насадкой

тарельчатого абсорбера

Каталитический реактор

31

Метод основан на способности некоторых твердых тел избирательно поглощать газообразные компоненты из газовых смесей. Присутствующие в газовой смеси молекулы загрязненного газа или пара собираются на поверхности или в порах твердого материала. Поглощаемое из газовой фазы вещество - называется адсорбтивом, а твердое вещество, на поверхности или порах которого происходит адсорбция поглощаемого вещества – адсорбентом. Газовая фаза, в которой находится извлекаемый компонент – газ – носитель, а после того, как извлеченный компонент перешел в адсорбированное состояние, его называют адсорбатом.

Явление адсорбции обусловлено наличием сил притяжения между молекулами адсорбента и адсорбтива на границе раздела соприкасающихся фаз. Переход молекул загрязняющих веществ из газа – носителя на поверхностный слой адсорбента происходит в том случае, если силы притяжения адсорбента больше сил притяжения действующих на адсорбтив со стороны молекул газа – носителя. Молекулы адсорбированного вещества, переходя на поверхность адсорбента, уменьшают его энергию, в результате чего происходит выделение теплоты, примерно 60 кДж/моль (небольшая). Силы притяжения имеют разную - физическую или химическую и, следовательно, различают:

Физическую адсорбцию – при которой взаимодействия молекул загрязняющих веществ с поверхностью адсорбента определяется слабыми дисперсными, индукционными силами (силы Ван – дер – Вальса). При этом адсорбированные молекулы не вступают в химическое взаимодействие с молекулами адсорбента и сохраняют свою индивидуальность.

Для физической адсорбции характерна высокая скорость процесса, малая прочность связи и малая теплота. С повышением температуры количество физически адсорбированного вещества уменьшается, а увеличение давления к возрастанию величины адсорбции. Преимущество – легкая обратимость процесса путем:

а) уменьшения давления

б) увеличения температуры. Адсорбированные молекулы легко десорбируются без изменения химического состава, а регенерированный адсорбент может использоваться многократно. Процесс можно вести циклично, чередуя стадию поглощения и выделения извлекаемого компонента.

Химическая адсорбция – в основе лежит химическое взаимодействие между адсорбентом и адсорбируемым веществом. Действующие при этом силы значительно больше, а высвобождающееся тепло совпадает с теплом химической реакции и составляет 20 – 400 кДж/моль.