Міністерство освіти і науки України

Криворізький технічний університет

Кафедра прикладної екології

Методичні вказівки

До виконання лабораторної роботи з курсу «Біогеохімія»

Для студентів спеціальності 7.070801

«Екологія та охорона навколишнього середовища»

Лабораторна робота № 1

«Охорона повітря від забруднення та його нормування в газовому середовищі»

Мета лабораторної роботи: На основі рослинних зразків визначити вміст кальцію та магнію комплексометричним методом

Затверджено на засіданні

кафедри

прикладної екології

протокол

№_2__від _11.10___2010 р.

Кривий Ріг

2010

Охрана воздуха

Мероприятия, по санитарной охране атмосферного воздуха можно разделить на:

а) планировочные (рациональное размещение промышленности в определенных санитарно-защищенных зонах в зависимости от вида и мощности предприятий и местных условий);

б) эффективные способы газоочистки, пылеулавливание и редукция (улавливание и использование промышленных выбросов);

в) санитарно законодательные мероприятия, предусматривающие нормы предельно допустимого содержания вредных веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов.

В настоящее время в СССР действуют утвержденные Государственной санитарной инспекцией СССР «Предельно допустимые концентрации вредных газов, паров и аэрозолей в воздухе рабочей зоны». В них приведены нормативы для 445 загрязнителей, в том числе аэрозолей, минеральной пыли и загрязни гелей смешанного состава.

Для снижения загрязненности воздуха промышленными выбросами применяют химические и физические методы улавливания их с перспективой изменения существующей технологии и перехода на замкнутые технологические циклы.

Химическая очистка. Химические методы очистки предусматривают улавливание выбросов вредных газов путем абсорбции их жидкостями, адсорбции твердыми веществами, каталитического превращения примесей или дожигания их в топках. Таким способом возможно уловить 60—80 % вредных газов.

Абсорбция — наиболее распространенный способ очистки газов. Он основан на различной растворимости газов и химических реакциях, при которых в абсорбционной жидкости (обычно воде) Присутствуют реагенты, образующие с улавливаемым компонентом стойкие химические соединения.

Адсорбция основана на способности мелкопористых адсорбентов (активированный уголь, силикагели, алюмогели, цеолиты, пористые стекла и т. п.) улавливать из газовой фазы при соответствующих условиях те или иные вредные компоненты.

Основу каталитических методов очистки или обезвреживания газов составляю'" прежде Всего каталитические превращения вредных газообразных веществ в безвредные соединения, выбрасываемые в ат­мосферу или используемые в производстве.

Физическая очистка. Физические методы очистки основаны на осаждениг твердых частиц и жидких примесей — частиц пыли, капелек тумана, С этой целью используют различные устро аства, работающие по принципам инерционной сепарации, фильтрации через пористые материалы и перегородки, мокрой очистки газовых отходов, электростатического осаждения пыли и т. д. Эффективность физических методов пылеулавливания на многих предприятиях достигает 90—99 %. Проблема полного улавливания

на многих предприятиях достигает 90—99 %. Проблема полного улавливания газов и аэрозолей из выбросов технически решена и применяется, например, на предприятиях атомной промышленности.

Для повышения эффективности и полноты очистки отходящих газов и пылевидных частиц необходимы значительные дополнительные затраты, поэтому изыскиваются дополнительные пути снижения локального загрязнения околоземного слоя воздуха в районе источника эмиссии. Одним из них является сооружение высоких и сверхвысоких дымовых труб (180, 250 и даже 300 м). Дымовая труба высотой 100 м позволяет рассеивать мельчайшие вредные вещества в окружности радиусом 20 км, тем самым уменьшая их содержание в сущности до безвредного для человека уровня. Труба высотой 250 м увеличивает радиус рассеивания до 75 км. Применение высоких труб, к сожалению, не сокращает количества выбросов предприятиями вредных веществ, а только способствует более медленному рассеиванию выбросов на большей площади и в большем объеме воздушного пространства.

Все; более актуальной становится проблема снижения загрязнения атмосферного воздуха от выхлопных газов автомобилей, реактивных самолетов. Во многих странах мира ведутся интенсивные работы по усовершенствованию двигателей внутреннего сгорания и поиску новых принципов их работы. Для решения этого вопроса в городах сокращают использование этилированного бензина, применяют катализаторы для окисления оксида углерода, углеводородов и восстановления оксидов азота, заменяют бензин природным газом и водородным топливом.

Сгорание топлива в турбинах современных самолетов происходит при более высокой температуре, чем в двигателях автомобилей. Поэтому в выхлопных газах турбин, кроме серы, оксида углерода и углерода, содержится повышенное количество оксидов азота. Перечисленные примеси могут длительное время находиться в стратосфере и, взаимодействуя с озоном, уменьшать его содержание в воздухе.

Предельно допустимое содержание атмосферных загрязнений

СССР принадлежит приоритет в разработке предельно допустимого содержания (ПДС) загрязнений в атмосферном воздухе. Еще в 1949 г. профессор В. А. Рязанов сформулировал основные критерии вредности атмосферных загрязнений:

1.Допустимым может быть признано только такое содержание того или иного вещества в атмосферном воздухе, которое не оказывает на человека прямого или косвенного вредного и неприятного действия, не снижает его работоспособности, не влияет на самочувствие и настроение.

2.Привыкание к вредным веществам должно рассматриваться как неблагоприятный момент и доказательство недопустимости изучаемого уровня содержания.

3. Недопустимо такое содержание вредных веществ, которое не­благоприятно влияет на растительность, климат местности, прозрачность атмосферы и бытовые условия жизни населения.

Для каждого вещества, загрязняющего воздушную среду, в СССР установлены два норматива: разовое и среднесуточное ПДС. Максимальное разовое ПДС 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), а среднесуточное — с целью предупреждения их резорбтивного (общетоксического, канцерогенного, мутагенного и др.) влияния.

В настоящее время гигиенические нормативы установлены для 160 веществ и 35 комбинированных атмосферных загрязнителей. Некоторые из них указаны ниже:

	Максимально разовое ПДС, мг/м3	Среднесуточное ПДС, мг/м3
Альфаметилстирол Амилен Аммиак Анилин Ацетальдегид Ацетон Ацетофенон Бензол Гексаметилендиамин Двуокись азота Дивинил Дихлорэтан Изопропилбензол Карбофос Метанол Пиридий Сернистый ангидрид Сероводород Сероуглерод Стирол Уксусная кислота Фенол Формальдегид Фталевый ангидрид (пары, аэрозоль) Хлор Оксид углерода Оксид этилена Пыль нетоксическая Сажа (копоть) Мышьяк (неорганические соединения, кроме мышьяковистого водорода) Свинец и его соединения (кроме тетраэтилсвинца) Ртуть металическая Серная кислота	0,040 1,500 0,200 0,050 0,010 0,350 0,003 1,500 0,001 0,085 3,000 3,000 0,014 0,015 1,000 0,080 0,500 0,008 0,030 0,003 0,200 0,010 0,0350 0,1000 0,1000 3,0000 0,3000 0,5000 0,1500 - - - 0,3000	0,040 1,500 0,200 0,030 - 0,350 0,003 0,800 0,001 0,085 1,000 1,000 0,014 - 0,500 0,080 0,050 0,008 0,010 0,003 - 0,010 0,0120 - 0,0300 1,0000 0,0300 0,1500 0,0500 0,0030 0,0007 0,0003 0,1000

Предприятия, их отдельные цеха и сооружения, являющиеся источни­ками выделения в атмосферный воздух вредных и неприятно пахнущих веществ, отделяют от жилой застройки санитарно-защитными зонами. В соответствии с санитарной классификацией предприятий, производств и объектов установлены определенные размеры санитарно-защитных зон:

Класс предприятия	I	II	III	IV	V
Ширина санітарно-защитной зоны, м	1000	500	300	100	50

Действие токсических загрязнителей атмосферы

на растения

Разная степень поражаемости растений токсическими газами и аэрозолями в сходных условиях отражает разную их газоустойчивость, пылеустойчивость и дымоустойчивость.

Газоустойчивость растения характеризует его способность нормально расти и давать семенное возобновление при определенном уровне содержания токсических газов и паров в окружающем воздухе, выше которого растения повреждаются или гибнут. Пылеустойчивость отражает выживаемость растений в условиях насыщенности окружающего воздуха пылевидными частицами, дымоустойчивость — способность растений произрастать в условиях задымленной атмосферы (одновременного насыщения ее вредными газами, парами и твердыми аэрозольными примесями).

Степень повреждения листьев и других органов растения в каждом конкретном случае определяется соотношением двух противоположно направленных процессов: скорости поступления токсических веществ - фитотоксикантов во внутренние ткани листа или другого органа и полноты нейтрализации — обеззараживания или включения в метаболизм этих веществ без нарушения функций и структуры клеточных систем и коррелятивных связей между органами растения.

Основная часть токсических веществ атмосферы поглощается ли­стьями, из которых попадает в побеги и разносится по другим органам. Кроме того, газообразные токсиканты могут поступать в растение через чечевички в коре и накапливаться в нем, причем этот процесс происходит не только в период вегетации, но и в период зимнего покоя. Атмосферные осадки (дождь, туман, морось и т. п.), в каплях которых обычно хорошо растворяются газовые примеси кислотного характера, усиливают степень проникновения фитотоксикантов в растения.

В обычных условиях чистая дождевая вода обладает лишь незна­чительной кислотностью, возникающей в результате ее реакции с углекислым газом атмосферы. В последние годы, однако, содержание кислот в осадках достигло уровня, позволяющего употреблять термин «кислые дожди», главным образом за счет оксидов азота, серы, хлорной, плавиковой, соляной кислот и др.

Все растения по степени поражаемости токсичными веществами делятся на устойчивые и неустойчивые. Для устойчивых видов предельно допустимое содержание фитотоксикантов выше чем для неустойчивых (табл. 165). Это, возможно, связано с неодинаковой скоростью поглощения вредных примесей, их последующего разрушения в листьях (табл. 166).

Сельскохозяйственные растения также обладают разной устойчи­востью к фитотоксикантам (табл. 167). На оценке устойчивости сельскохозяйственных растений основаны диагностические методы

определения их пригодности для культивирования в условиях разного уровня загрязнения среды.

Разработка стандартов для атмосферных загрязнителей возможна только при наличии данных о количественных взаимосвязях между загрязнителем и нуждающимся в защите объектом. Из всех живых объектов растения особенно чувствительны к наиболее распространенным токсикантам: сернистому газу (so₂) и хлористому водороду (HCl).

В СССР для сернистого газа установлены следующие стандарты, включенные в «Технические указания по контролю за загрязнением воздуха» 0,14 мг/м — для долговременных воздействий, и 0,40 мг/м³ для

кратковременных.

Таблица 165. Предельно допустимое содержание некоторых фитотоксикантов в воздухе для ряда растений

Вид	ПДС, мг/м
	SO2	NH3	HCON (формальдегид)
Пеларгония зональная (Pelargonium zonale) Тимофеевка луговая (Phleum pratense) Сирень обыкновенная (Syringa vulgaris) Магония падуболистая (Magonia aquifolium) Барбарис обыкновенный (Berberis vulgaris) Можжевельник казацкий (Juniperus Sabina) Бирючина (Ligustrum vulgare) Овсяница луговая (Festuca pretense) Смородина золотистая (Ribes aurea) Аспидистра (Aspiditra elatior) Клен ясенелистый (Acer negundo)	0,2 0,2 0,2 0,4 0,5 0,65 0,65 1,0 1,0 2,0 2,0	2,5 1,0 9,0 12,5 - 5,0 7,5 12,5 - 15,0 -	5,0 2,5 - 7,2 - 2,0 1,0 2,0 - 6,5 -

Таблица 166. Устойчивость листевнных и хвойных деревьев к аэрозолю

соляной кислоты

Неустойчивые	Среднеустойчивые	Устойчивые
Лещина обыкновенная Виноград сорта (Vitis Vinifera) Береза бородавчатая (Betula verrucosa Vitis vinifera) Яблоня (Malus verrucosa) Тополь (Populus sp.) Ель обыкновенная (Picea abies) Пихта кавказская (Abies nirdmandiana) Сосна веймутова (Pinus strobus)	Бук лесной (Fagus Silvatica) Рябина (Sorbus intermedia) Гинкго Двулопастное (Ginkgo biloba) Белая акація (Robinia pseudoacacia) Конский каштан обыкновеный (Aesculus hippocastanum) Клен остролистый (Acer platanoides) Пизта Никко (Abies homolepis) Сосна обыкновенная (Pinus silvestris) Сосна черная австрийская (Pinus nigra austriaca)	Дуб красный (Quercus rubra) Дуб черешчатый (Quercus peduncalata) Клен полевой (Acer campestre) Ель колючая сизая (Picea pungens) Сосна горная карликовая (pinus pumila) Кипарис Лаусона ( Chamaecyparis lawsoniana) Моживельник обыкновенный (Juniperus communis)

Таблица 167. Устойчивость сельскохозяйственных и декоративных растений к аэрозолю соляной кислоты

Неустойчивые	Среднеустойчивые	Устойчивые
Люпин желтый (Lupinus luteus) Клевер луговой (Trifolium pretense sativum Бобы конские (Vicia faba) Фасоль обыкновенная (Phaseolus vulgaris) Редис (Raphanus sativus) Салат (Lacnuca sativa, f. capitata) Клубника (Fragaria chilonsis ananassa) Барбарис обыкновенный (Berberis vulgaris)	Овес (Avena sativa) Рожь озимая (sexale cereale) Ячмень озимый (Hordeum vulgare) ToMaT(Lucopersicum esculentum) Смородина (Ribes nigrum) Крыжовник отклоненный (Ribes grossularia) Ирис (Iris germanica) Бегония клубневая гибридная (Begonia tuberhybrida) Примула (Primula melacoides	Капуста огородная листовая (Brassica oleracea f. acephala) Табак (Nicotiana tabacum) Свекла (Beta vulgaris esculenta rubra) Гинура (Gunura aurantiaca) Фатсхедера лизе (Fatshedera lizei) Рододендрон пурпурный (Rhododendron catawbiense) Фуксия(Fuchsia hybrida) Ландыш майский (Convallaria majalis Сирень обыкновенная (Syringa vulgaris)

Таблица 168. Степень токсичности основных атмосферных загрязнителей для различных сельскохозяйственных культур

Культуры	SO2	HF	HCl
Основные сельскохозяйственные культуры
Зерновые, включая кукурудзу Крестоцветные, подсолнечники Картофель Свекла, капуста	++ + + +	++ + + +++	+++ ++ ++ +
Кормовые культуры
Зерновые злаки, злакове травы Кормовые, бобовые, включая клевероподобные кормове растения Виды листовой и кормовой капусты	++ +++ +	+++++ +++++ +++++	+++ +++ +
Полевые культуры
Крестоцветные Мотильковые Зонтичные Маревые Тыквенные	+ +++ + ++++ +	++ +++ + +++ +	+ +++ + +++ +
Плодовые культуры
Семечковые Косточковые Ягодные, грецкий орех Лещина Виноград Земляника осадовая	++++ ++ +++++ +++ +++ +	++++ +++++ +++++ +++++ +++++ +++++	+++++ +++ ++++ +++++ +++++ +++++
Лесные культуры
Пихта, ель, сосна веймутовая, двугласова пихта Сосна, туя, тисс, кипариссовик, можжевельник, лиственные деревья	+++++ +++	+++++ +++	+++++ +++
Декоративные растения
Лилейные Лютиковые, розовые Мотыльковые Гераниевые Аралиевые Гвоздичные Вересковые Сложноцветные	+ ++ +++ + + ++ + +	+++++ ++ +++ + + +++ + +	++ ++ +++ + + + + +

Хроническое воздействие некоторых токсических газов в разной степени опасно для различных сельскохозяйственных культур (табл. 168). Оценка проведена по принципу снижения продуктивности или других функций растений.