1.5. Основні хімічні домішки, що забруднюють атмосферу
Як відомо розрізняють природні домішки, обумовлені природними процесами, і антропогенні, такі, що виникають в результаті господарської діяльності людства (рис. 1.2). Рівень забруднення атмосфери домішками від природних джерел є фоновим і має малі відхилення від середнього рівня в часі.
Рис. 1.2. Схема процесів викидів речовин в атмосферу і трансформації початкових речовин в продукти з подальшим випаданням у вигляді опадів
Антропогенні забруднення відрізняються різноманіттям видів домішок і численністю джерел їх викиду. Найбільш стійкі зони з підвищеними концентраціями забруднень виникають в місцях активної життєдіяльності людини. Встановлено, що кожні 10...12 років об’єм світового промислового виробництва подвоюється, а це супроводжується приблизно таким же зростанням об’єму забруднень, що викидаються, в навколишнє середовище. По ряду забруднень темпи зростання їх викидів значно вище середніх. До таких відносяться аерозолі важких і рідкісних металів, синтетичні з’єднання, що не існують і не утворюються в природі, радіоактивні, бактеріологічні і інші забруднення.
Домішки поступають в атмосферу у вигляді газів, пари, рідких і твердих частинок. Гази і пари утворюють з повітрям суміші, а рідкі і тверді частинки – аерозолі (дисперсні системи), які поділяють на пил (розміри частинок більше 1 мкм), дим (розміри твердих частинок менше 1 мкм) і туман (розмір рідких частинок менше 10 мкм). Пил, у свою чергу, може бути крупнодисперсний (розмір частинок більше 50 мкм), середньодисперсний (50... 10 мкм) і дрібнодисперсний (менше 10 мкм). Залежно від розміру рідкі частинки підрозділяються на супертонкий туман (до 0,5 мкм), тонкодисперсний туман (0,5...3,0 мкм), грубодисперсний туман (3...10 мкм) і бризки (понад 10 мкм). Слід зазначити, що аерозолі чаші полідисперсні, тобто містять частинки різного розміру.
Основними хімічними домішками, що забруднюють атмосферу, є наступні.
Оксид вуглецю (СО) – безбарвний газ, що не має запаху, відомий також під назвою «чадний газ». Утворюється в результаті неповного згорання викопного палива (вугілля, газу, нафти) в умовах недоліку кисню і при низькій температурі. При цьому 65% від всіх викидів доводиться на транспорт, 21% – на дрібних споживачів і побутовий сектор, а 14% – на промисловість. При вдиханні чадний газ за рахунок наявного в його молекулі потрійного зв’язку (С=О) утворює міцні комплексні з’єднання з гемоглобіном крові людини і тим самим блокує надходження кисню в кров. Це викликає головні болі, нудоту, а при вищій концентрації смерть.
При 14 мг/м3 зростає вірогідність смерті від інфаркту міокарду. Такі екстремальні концентрації часто спостерігаються в районах підвищеного антропогенного навантаження на навколишнє середовище: у годинник списів на транспорті або при інверсіях (тобто в умовах слабкого повітряного обміну), що сприяють виникненню смогу. Зменшення викидів чадного газу досягається шляхом допалювання газів, що відходять, і використання альтернативних джерел палива.
Діоксид вуглецю (СО2), або вуглекислий газ, – безбарвний газ з кислуватим запахом і смаком, продукт повного окислення вуглецю. Є одним з парникових газів.
Діоксид сірки (SO2) (сірчистий ангідрид) – безбарвний газ з різким запахом. Утворюється в процесі згорання сірковмісних викопних видів палива, в основному вугілля, а також при переробці сірчистих руд. Він в першу чергу бере участь у формуванні кислотних дощів. Загальносвітовий викид S2 оцінюється в 190 млн т в рік. Концентрація діоксиду сірки особливо велика в районах, де розташовані крупні теплові станції, металургійні і горнообогатитсльные заводи.
Тривала дія діоксиду сірки на людину приводить спочатку до втрати смакових відчуттів, обмеженого дихання, а потім – до запалення або набряку легенів, перебоїв в серцевій діяльності, порушення кровообігу і зупинки дихання. Рослини набагато чутливіше до дії діоксиду сірі, чим людина. Так, листові пластинки рослин, що виростають на відстані менше 1 км. від підприємств, що викидають діоксид сірі, зазвичай густо усіяні дрібними некротичними плямами, що утворилися в місцях осідання крапель сірчаної кислоти.
Оксиди азоту (оксид і діоксид азоту) – газоподібні речовини: монооксид азоту NО і діоксид азоту NO2 об’єднуються однією загальною формулою NOX. При всіх процесах горіння утворюються оксиди азоту, причому переважно у вигляді оксиду. Оксид азоту досить швидко окислюється до діоксиду, який є червоно-білим газом з неприємним запахом, що сильно діє на слизисті оболонки людини. Чим вище температура згорання, тим інтенсивніше йде утворення оксидів азоту.
Іншим джерелом оксидів азоту є підприємства, що проводять азотні добрива, азотну кислоту і нітрати, анілінові фарбники, нітросполуки, віскозний шовк, целулоїд. Кількість оксидів азоту, що поступають в атмосферу, складає 65 млн т в рік. Від загальної кількості оксидів азоту, що викидаються в атмосферу, на транспорт доводиться 55%, на енергетику – 28%, на промислові підприємства – 14%, на дрібних споживачів і побутовий сектор – 3%.
У літній період при інтенсивному сонячному опромінюванні тривалістю 12...14 год унаслідок високої розчинності у воді (хмари, дощ) і сорбції на зволожених поверхнях азотна кислота швидко випадає на земну поверхню. У містах найбільш високі концентрації оксидів азоту спостерігаються вранці, до початку фотохімічних процесів. При яскравому сонячному світлі оксиди азоту реагують з незгорілими бензиновими парами і іншими вуглеводнями, утворюючи низькоатмосферний озон, або зміг, тобто червоно-бурий серпанок.
При концентраціях понад 0,15 мг/м3 виникають гострі захворювання органів дихання. При гострому отруєнні діоксидом азоту може розвинутися набряк легенів. Ознаками хронічного отруєння є головні болі, безсоння, роздратування слизистих оболонок.
Озон (О3) – газ з характерним запахом, сильніший окислювач, ніж кисень. Його відносять до найбільш токсичним зі всіх звичайних домішок, що забруднюють повітря. У нижньому атмосферному шарі озон утворюється в результаті фотохімічних процесів за участю діоксиду азоту і летких органічних сполук (ЛОС). До ЛОС відносять близько 260 хімічних сполук. При утворенні озону виходять суміші із ЛОС, що складаються з сотень хімічних речовин, названі фотохімічним “смогом”. Найбільш високі концентрації озону спостерігаються в промислових районах. Проте, оскільки емісії діоксиду азоту і ЛОС почастішали навіть в сільській місцевості, то і тут зафіксовані підвищені концентрації озону.
Вуглеводні – хімічні сполуки вуглецю і водню. До них відносять тисячі різних речовин, що забруднюють атмосферу, містяться в незгорілому бензині, рідинах, вживаних в хімчистці, промислових розчинниках і так далі Багато вуглеводнів небезпечні самі по собі. Наприклад, бензол, один з компонентів бензину, може викликати лейкемію, а гексан – важкі поразки нервової системи людини. Бутадієн є сильним канцерогеном.
Свинець (Рb) – сріблисто-сірий метал, токсичний в будь-якій відомій формі. Широко використовується для виробництва припою, фарб, боєприпасів, друкарського сплаву і тому подібне Близько 60% світової здобичі свинцю, яка складає близько 4·107 т, щорічно витрачається для виробництва кислотних акумуляторів. Проте основним джерелом (близько 80%) забруднення атмосфери з’єднаннями свинцю є вихлопні гази транспортних засобів, в яких використовується этилированный бензин, в який як антидетонаційну присадку вводять тетраетилсвинець.
Свинець і його з’єднання, потрапляючи в організм людини, знижують активність ферментів і порушують обмін речовин, крім того, вони володіють кумулятивною дією, тобто здатністю накопичуватися в організмі людини. Особливо серйозну загрозу з’єднання свинцю представляють для дітей до шести років. У організмі дитини залишається до 40% з’єднань свинцю, що потрапили в нього, а це порушує розумовий розвиток, уповільнює зростання, погіршує слух і мову дитини і позбавляє його здібності зосередитися.
Фреони – група галогеносодержащих речовин, синтезованих людиною. Їх перевагою перед іншими речовинами є те, що вони не горючі, не токсичні і нейтральні. Фреони, що є хлорованими і фторованими вуглецями (ХФВ), які широко використовуються в якості холодагентів в холодильниках і кондиціонерах, піноутворюючих агентів, в установках для газового пожежегасіння, робочого тіла аерозольних упаковок (лаків, дезодорантів і т.д.), оскільки недорогі і нетоксичні гази.
Промисловий пил залежно від механізму утворення підрозділяється на наступних 4 класи:
механічний пил – утворюється в результаті подрібнення продукту в ході технологічного процесу;
перегони – утворюються в результаті об’ємної конденсації пари речовин при охолоджуванні газу, що пропускається через технологічний апарат, установку або агрегат;
летка зола – що міститься в димовому газі в зваженому стані залишок палива, що не згорає, утворюється з його мінеральних домішок при горінні;
промислова сажа – вхідний до складу промислового викиду твердий високодисперсний вуглець, утворюється при неповному згоранні або термічному розкладанні вуглеводнів.
Основний параметр, що характеризує зважені частинки, – це їх розмір, який коливається в широких межах, – від 0,1 до 850 мкм. З цієї гамми найбільш небезпечні частинки від 0,5 до 5 мкм, оскільки вони не осідають в дихальних шляхах і саме їх видихає людина.
Основними джерелами антропогенних аерозольних забруднень повітря є теплоелектростанції (ТЕС), споживаючі вугілля високої зольності, збагачувальні фабрики, металургійні, цементні, магнезитові і інші заводи. Аерозольні частинки від цих джерел відрізняються великою хімічною різноманітністю. Найчастіше в їх складі виявляються з’єднання кремнію, кальцію і вуглецю, рідше – оксиди металів: заліза, магнію, марганцю, цинку, міді, нікелю, свинцю, сурми, вісмуту, селену, миш’яку, берилія, кадмію, хрому, кобальту, молібдену, а також азбест. Ще більша різноманітність властива органічному пилу, що включає аліфатичні і ароматичні вуглеводні, солі кислот. Вона утворюється при спалюванні залишкових нафтопродуктів, в процесі піролізу на нафтопереробних, нафтохімічних і інших подібних підприємствах.
До постійних джерел аерозольного забруднення відносяться промислові відвали – штучні насипи з перевідкладеного матеріалу, переважно здрібнених порід, що утворюються при видобутку корисних копалин або ж з відходів підприємств переробної промисловості, ТЕС. Виробництво цементу і інших будівельних матеріалів також є джерелом забруднення атмосфери пилом.
Спалювання кам’яного вугілля, виробництво цементу і виплавка чавуну дають сумарний викид пилу в атмосферу, рівний 170 млн т/рік.
Значна частина аерозолів утворюється в атмосфері при взаємодії твердих і рідких частинок між собою або з водяною парою.
До небезпечних чинників антропогенного характеру, сприяючих серйозному погіршенню якості атмосфери, слід віднести її забруднення радіоактивним пилом. Так, при ядерних вибухах або аваріях на АЕС велика частина радіонуклідів утворюється в результаті ділення урану-235, урану-238 і плутонію-239. Встановлено, що через декілька десятків секунд після вибуху утворюються приблизно 100 різних радіонуклідів, 29 з яких вносить найбільший внесок до радіоактивного забруднення атмосфери за годину, 20 – через дві доби, а 3 – через 100 років. Особливу потенційну небезпеку для людини і тварин представляє стронцій-90 не тільки як довгоживучий елемент, але і як аналог кальцію, здатний замінювати його в кістках.
Під час ядерних вибухів радіонукліди знаходяться в газоподібному стані і у міру пониження температури конденсуються в аерозольну хмару. Найбільш крупні частинки (діаметром більше 40 мкм) випадають з атмосфери і осідають на земній поверхні. Дрібні ж частинки (діаметром від 1 до 20 мкм) потрапляють не тільки у верхні шари тропосфери, але і в стратосферу, обумовлюючи так зване глобальне забруднення, що супроводжується випаданням радіонуклідів в межах обох півкуль.
Слід зазначити, що час перебування дрібних частинок в нижньому шарі тропосфери складає в середньому декілька діб, а у верхньому – 20...40 діб. Що стосується частинок, що потрапили в стратосферу, то вони можуть знаходитися в ній до року, а іноді і більше.
- Атмосферного
- Навчальний посібник Кам’янець-Подільський
- Передмова
- Частина і оцінка антропогенно-техногенного забруднення атмосферного повітря
- Розділ 1 Атмосфера і її роль. Джерела і наслідки забруднення атмосфери
- 1.1. Атмосфера – зовнішня оболонка Землі
- 1.2. Будова атмосфери
- 1.3. Забруднення атмосфери і його види
- 1.4. Джерела забруднення атмосфери
- 1.5. Основні хімічні домішки, що забруднюють атмосферу
- 1.6. Наслідки забруднення атмосфери
- 1.6.1. Зміна природного складу і параметрів атмосфери
- 1.6.2. Кислотні опади
- 1.6.3. Запустелювання
- 1.6.4. Забруднення атмосфери біологічними домішками
- Розділ 2 Нормування впливу техногенних об’єктів на атмосферне повітря
- 2.1. Показники нормування забруднюючих речовин в повітрі
- 2.2. Оцінка стану повітряного середовища
- 2.3. Науково-технічні нормативи на гранично допустимі викиди
- 2.4. Інструменти економічного механізму охорони атмосферного повітря
- 2.5. Порядок встановлення нормативів збору за забруднення і погіршення якості атмосферного повітря
- Розділ 3 Організація спостережень за забрудненням атмосферного повітря
- 3.1. Загальні вимоги до організації спостережень за забрудненням атмосферного повітря
- 3.2. Види постів спостережень, програми і терміни спостережень
- 3.3. Лабораторії спостереження і контролю за забрудненням атмосферного повітря
- 3.4. Автоматизовані системи спостереження і контролю за станом атмосферного повітря
- Розділ 4 Оцінювання забруднення атмосферного повітря на основі даних лабораторних спостережень
- 4.1. Методи оцінювання забруднення атмосферного повітря
- 4.2. Методи відбору проб атмосферного повітря для лабораторного аналізу
- 4.3. Метеорологічні спостереження при відборі проб повітря
- 4.4. Оцінювання стану атмосферного повітря за результатами спостережень
- Розділ 5 Оцінювання забруднення атмосферного повітря на основі спостережень за біологічними об’єктами
- 5.1. Біоіндикація атмосферного повітря
- 5.2. Забруднюючі речовини і їх суміші, які впливають на рослинний покрив
- 5.3. Рослини-індикатори і рослини-монітори
- Частина іі технологія захисту атмосфери від викидів шкідливих газів та пари
- Розділ 6 Методи захисту атмосферного повітря від шкідливих викидів
- 6.1. Основні напрямки захисту атмосфери від шкідливих домішок
- 6.2. Методи і системи очищення повітря від газоподібних домішок
- Розділ 7 Абсорбційна і хемосорбційна очистка газових викидів
- 7.1. Використання методів абсорбції і хемосорбції для вловлювання газоподібних домішок
- 1 − Абсорбер; 2 − холодильник; 3 − десорбер; 4 − теплообмінник
- 7.2. Конструкції і принцип дії абсорберів
- 7.2.1. Насадочні абсорбери
- 1 − Сідло Берля; 2 − кільце Рашига; 3 − кільце Палля; 4 − розетка Теллера; 5 − сідло “Інталокс”
- 7.2.2. Тарілчасті абсорбери
- 7.2.3. Розпилюючі абсорбери
- 7.3. Розрахунок абсорбційних і хемосорбційних апаратів
- 7.3.1. Розрахунок насадочних абсорберів
- 7.3.2. Розрахунок тарілчастих абсорберів
- 7.3.3. Розрахунок розпилюючих абсорберів
- 7.4. Десорбція забруднювачів із абсорбентів
- Розділ 8 Адсорбційна очистка газових викидів
- 8.1. Використання методу адсорбції для вловлювання газоподібних сполук
- 8.2. Будова і принцип дії адсорберів
- 8.2.1. Адсорбери періодичної дії
- 1 − Точка проскакування; 2 − адсорбційна зона; о.Н. − об’єм, заповнений насадкою
- 1 − Адсорбер; 2, 10, 12 − вентилятори; 3 − фільтри; 4 − вогнезагороджувач; 5, 8 − холодильник; 6 − розподільник; 7 − конденсатор; 9 − збірник;
- 11 − Калорифер; 13 − гідрозасув
- 8.2.2. Адсорбери безперервної дії
- 1 − Зона адсорбції; 2 − розподільні тарілки; 3 − холодильник; 4 − підігрівач; 5 − затвор
- 1 − Псевдозріджений шар; 2 − решітка; 3 − переточний пристрій; 4 − затвор
- 1 − Основний псевдозріджений шар; 2 − додатковий шар; 3 − решітка
- 1, 2 − Патрубки; 3 − решітка; 4 − конус
- 1 − Корпус перетоку 2 − щілина; 3 − похила решітка; 4 − решітка
- 8.3. Принципи розрахунку адсорберів
- 8.3.1. Розрахунок адсорберів періодичної дії
- 8.3.2. Розрахунок адсорберів безперервної дії
- 8.4. Десорбція адсорбованих продуктів
- Розділ 9 Конденсаційне очищення газових викидів
- 9.1. Використання конденсаційного очищення газів і пари
- 9.2. Принцип конденсаційного очищення
- 9.3. Типи і конструкції конденсаторів
- 9.4. Розрахунок конденсаторів
- Розділ 10 Термокаталітична і термічна очистка газових викидів
- 10.1. Термокаталітична очистка газових викидів
- 10.2. Термічні методи знешкодження газоподібних сполук
- 10.2.1. Установки термознешкодження газових викидів
- 1 − Гідрозасув; 2 − вогнезагороджувач; 3 − основний пальник; 4 − черговий пальник; 5 − система запалення чергового пальника
- 1 − Реактор; 2 − ежекційний змішувач; 3 − електрозапал; 4 − черговий пальник; 5 − основний пальник; 6 − насадка-вогнезагороджувач
- 1 − Факельний пальник; 2 − труба; 3 − розривні мембрани; 4 − вогнезагороджувач; 5 − інжекційний змішувач з електрозапалом; 6 − система запалення чергового пальника
- 1 − Черговий пальник; 2 − повітряна труба; 3 − захисний козирок; 4 − корпус факельного пальника; 5 − парова дюза; 6 − кишеня для термопари
- 10.2.2. Принципи розрахунку установок термознешкодження
- Розділ 11 Очистка газових викидів автомобільного транспорту
- 11.1. Характеристика викидів двигунів внутрішнього згорання
- 11.2. Зниження викидів двигунів внутрішнього згорання
- 11.3. Нейтралізація вихлопів двигунів внутрішнього згорання
- 11.4. Вловлювання аерозолів, що викидаються дизельним двигуном
- Розділ 12 Оцінка ефективності очищення газових викидів
- 12.1. Оцінка ефективності пристроїв для очищення газових викидів
- 12.2. Вибір варіантів газоочистки
- Частина ііі технологія захисту атмосфери від аерозольних пилових викидів Розділ 13 Методи і системи очищення повітря від аерозолів
- 13.1. Характеристики аерозольних викидів в атмосферу
- 13.2. Класифікація методів і апаратів для очищення аерозолів
- 13.3. Основні характеристики апаратів для очистки аерозолів
- Розділ 14 Механічне пиловловлювання
- 14.1. Пилоосаджувальні камери
- 14.2. Циклонні осаджувачі
- 14.2.1. Конструкції циклонів
- 14.2.2. Розрахунок циклонів
- 14.3. Вихрові пиловловлювачі
- Розділ 15 Фільтрування аерозолів
- 15.1. Волокнисті фільтри
- 15.2. Тканинні фільтри
- 15.2.1. Фільтрувальні тканини
- 15.2.2. Рукавні фільтри
- 15.3. Зернисті фільтри
- 15.4. Розрахунок і вибір газових фільтрів
- Розділ 16 Мокре пиловловлювання
- 16.1. Порожнисті газопромивачі
- 16.2. Зрошувані циклони з водяною плівкою
- 16.3. Пінні пиловловлювачі
- 16.4. Ударно-інерційні пиловловлювачі
- 16.5. Швидкісні пиловловлювачі (скрубери Вентурі)
- Розділ 17 Електричне очищення газів
- 17.1. Принцип дії електрофільтрів
- 17.2. Конструкції електрофільтрів
- 17.3. Підбір і розрахунок електрофільтрів
- Розділ 18 Вдосконалення процесів і апаратів для пилогазоочистки
- 18.1. Спеціалізація апаратів
- 18.2. Попередня обробка аерозолів
- 18.3. Режимна інтенсифікація
- 18.4. Конструктивно-технологічне вдосконалення
- 18.5. Багатоступінчате очищення
- Додатки
- Нормативи збору, який справляється за викиди основних забруднюючих речовин від стаціонарних джерел забруднення
- Технічні дані лабораторії “Атмосфера-іі”
- Технічні дані станції “Повітря-1”
- Технічні дані електроаспіратора типу еа-1
- Технічні дані електроаспіратора типу еа-2
- Технічні дані повітровідбірника “Компонент”
- Блок-схема структури технічних засобів станції “Повітря-1”
- Класифікація засобів відбору проб повітря
- Характеристики фільтрів, які використовуються при відборі проб атмосферного повітря (аналітичні фільтри для аерозолей афа)
- Характеристики витратомірних приладів
- Значення коефіцієнтів b, с для розрахунку швидкості газу при захлинанні
- Характеристики насадок (розміри дані в мм)
- Значення коефіцієнта Генрі e для водних розчинів деяких газів (у таблиці дані значення e∙10-6 в мм рт. Ст.)
- Коефіцієнти дифузії газів і пари в повітрі (за нормальних умов)
- Атомні об’єми деяких елементів і молярні об’єми деяких газів
- Рівноважні дані по адсорбції пари бензолу із їх суміші з повітрям на активному вугіллі різних марок
- Значення коефіцієнтів а1 і в1 для деяких речовин розчинних у воді
- Фізико-хімічні властивості речовин
- Межі температур і величини тиску, що рекомендуються, для деяких рідких холодоносіїв
- Термічний опір δ/λ відкладення на стінці труби при обмиванні її різними середовищами
- Коефіцієнти густини ρ і теплопровідності λ деяких металів і сплавів
- Межі рекомендованих значень коефіцієнта n для визначення числа Nu в перехідному режимі
- Температури самозаймання Tс найбільш поширених горючих забруднювачів відхідних газів промисловості
- Література