Контрольная работа по "Экологии"

В ионосфере выделяется несколько слоев, или областей, с максимальной ионизацией, в особенности на высотах 100- 120 км (слой Е) и 200-400 км (слой F). Но и в промежутках между этими слоями степень ионизации атмосферы остается очень высокой. Положение ионосферных слоев и концентрация ионов в них все время меняются. Спорадические скопления электронов с особенно большой концентрацией носят название электронных облаков.

От степени ионизации зависит электропроводность атмосферы. Поэтому в ионосфере электропроводность воздуха в общем в 1012 раз больше, чем у земной поверхности. Радиоволны испытывают в ионосфере поглощение, преломление и отражение. Волны длиной более 20 м вообще не могут пройти сквозь ионосферу: они отражаются уже электронными слоями небольшой концентрации в нижней части ионосферы (на высотах 70- 80 км). Средние и короткие волны отражаются вышележащими ионосферными слоями.

Именно вследствие отражения от ионосферы возможна дальняя связь на коротких волнах. Многократное отражение от ионосферы и земной поверхности позволяет коротким волнам зигзагообразно распространяться на большие расстояния, огибая поверхность Земного шара. Так как положение и концентрация ионосферных слоев непрерывно меняются, меняются и условия поглощения, отражения и распространения радиоволн. Поэтому для надежной радиосвязи необходимо непрерывное изучение состояния ионосферы. Наблюдения над распространением радиоволн как раз являются средством для такого исследования.

В ионосфере наблюдаются полярные сияния и близкое к ним по~ природе свечение ночного неба - постоянная люминесценция атмосферного воздуха, а также резкие колебания магнитного поля - ионосферные магнитные бури.

Ионизация в ионосфере обязана своим существованием действию ультрафиолетовой радиации Солнца. Ее поглощение молекулами атмосферных газов приводит к возникновению заряженных атомов и свободных электронов, о чем говорилось выше. Колебания магнитного поля в ионосфере и полярные сияния зависят от колебаний солнечной активности . С изменениями солнечной активности связаны изменения в потоке корпускулярной радиации, идущей от Солнца в земную атмосферу. А именно корпускулярная радиация имеет основное значение для указанных ионосферных явлений.

Температура в ионосфере растет с высотой до очень больших значений. На высотах около 800 км она достигает 1000°.

Говоря о высоких температурах ионосферы, имеют в виду то, что частицы атмосферных газов движутся там с очень большими скоростями. Однако плотность воздуха в ионосфере так мала, что тело, находящееся в ионосфере, например летящий спутник, не будет нагреваться путем теплообмена с воздухом. Температурный режим спутника будет зависеть от непосредственного поглощения им солнечной радиации и от отдачи его собственного излучения в окружающее пространство. Термосфера находится выше мезосферы на высоте от 90 до 500 км над поверхностью Земли. Молекулы газа здесь сильно рассеянны, поглощают рентгеновское излучение ( X rays) и коротковолновую часть ультрафиолетового излучения. Из-за этого температура может достигать 1000 градусов Цельсия.

термосфера в основном соответствует ионосфере, где ионизированный газ отражает радиоволны обратно к Земле - это явление дает возможным устанавливать радиосвязь. 

ЭКЗОСФЕРА 

Выше 800-1000 км атмосфера переходит в экзосферу и постепенно в межпланетное пространство. Скорости движения частиц газов, особенно легких, здесь очень велики, а вследствие чрезвычайной разреженности воздуха на этих высотах частицы могут облетать Землю по эллиптическим орбитам, не сталкиваясь между собою. Отдельные частицы могут при этом иметь скорости, достаточные для того, чтобы преодолеть силу тяжести. Для незаряженных частиц критической скоростью будет 11,2 км/сек. Такие особенно быстрые частицы могут, двигаясь по гиперболическим траекториям, вылетать из атмосферы в мировое пространство, "ускользать", рассеиваться. Поэтому экзосферу называют еще сферой рассеяния.

Ускользанию подвергаются преимущественно атомы водорода, который является господствующим газом в наиболее высоких слоях экзосферы.

Недавно предполагалось, что экзосфера, и с нею вообще земная атмосфера, кончается на высотах порядка 2000-3000 км. Но из наблюдений с помощью ракет и спутников создалось представление, что водород, ускользающий из экзосферы, образует вокруг Земли так называемую земную корону, простирающуюся более чем до 20 000 км. Конечно, плотность газа в земной короне ничтожно мала. На каждый кубический сантиметр здесь приходится в среднем всего около тысячи частиц. Но в межпланетном пространстве концентрация частиц (преимущественно протонов и электронов) по крайней мере в десять раз меньше.

С помощью спутников и геофизических ракет установлено существование в верхней части атмосферы и в околоземном космическом пространстве радиационного пояса Земли, начинающегося на высоте нескольких сотен километров и простирающегося на десятки тысяч километров от земной поверхности. Этот пояс состоит из электрически заряженных частиц - протонов и электронов, захваченных магнитным полем Земли и движущихся с очень большими скоростями. Их энергия - порядка сотен тысяч электрон-вольт. Радиационный пояс постоянно теряет частицы в земной атмосфере и пополняется потоками солнечной корпускулярной радиации.  

9

Класификация выбросов вредных веществ в атмосферу. Типы загрязнений

Источники загрязнения атмосферы определяются путем проведения инвентаризации организованных и неорганизованных источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Классификация технологических процессов и источников выделения вредных веществ по степени экологической опасности является основой для работы по оптимизации затрат на природоохранные мероприятия, выявлению основных источников загрязнения атмосферы, разработке приоритетного списка мероприятий, сокращению выбросов вредных веществ, созданию более совершенных систем мониторинга окружающей среды. 

Степень загрязнения атмосферы зависит от количества выбросов вредных веществ и их химического состава, а также во многом от характеристики самого источника выбросов - высоты источника над уровнем земли, скорости, объема и температуры газового выброса из устья трубы, размеров неорганизованного источника, расположения источника на заводской площадке и т.д. В соответствии с этим источники загрязнения атмосферы различаются по мощности выброса (мощные, крупные, мелкие), высоте выброса (низкие, средней высоты и высокие), температуре выходящих газов (нагретые, холодные). Различают также передвижные и стационарные, организованные и неорганизованные, точечные и площадные источники загрязнения. Особенностью предприятия как объекта природоохранных мероприятий является разнотипность и рассредоточенность источников выбросов. Специфическими источниками загрязнения атмосферы на предприятиях являются неорганизованные выбросы, испарение углеводородов при хранении и транспортировке нефти и нефтепродуктов, а также организованные выбросы, выделяющиеся при сжигании различных видов топлив и газов в трубчатых печах, на факельных установках, и отходящие газы регенерации с установок каталитического крекинга. 

Несмотря на то, что факельные установки являются весьма значимым источником выбросов, они выполняют важные природоохранные функции. Факельные установки предназначены для обезвреживания путем сжигания горючих (взрывоопасных) газов 

199 

(паров), поступление которых в атмосферу может привести, прежде всего, к взрыву и пожару, а также к вредному воздействию на человека. Факельные установки позволяют перевести вредные вещества в менее опасные, например, сероводород при сгорании превращается в сернистый газ, оксид углерода - в диоксид углерода и т.д. Эксплуатационные показатели факельных систем должны характеризоваться стабильностью пламени, полнотой сгорания газа, уровнем шума, надежностью воспламенения, эффективностью управления при изменении объемов или состава сгораемого газа, бездымностью работы. 

Объемы сбросов газов на факел на предприятиях составляют в среднем 0,14% (в ряде случаев до 1%) от объема перерабатываемой нефти. В США этот показатель оценивается в 0,19% (0,6%). При этом 90% масс, суммарных сбросов на факел составляют углеводороды, 1,6% масс. - водород, 2,6% масс. - сероводород, остальное - водяной пар и азот. Преобладающая часть сероводорода поступает с углеводородными потоками, составляя их значительную часть. Однако с установок получения элементной серы на факел сбрасываются потоки, содержащие до 50% сероводорода. 

Типичные выбросы вредных веществ в атмосферу факельными установками НПЗ представлены в табл. 3.4. 

Следует также учитывать, что основная доля вредных веществ выбрасывается в течение коротких промежутков времени (залповый выброс). Количество выбросов в атмосферу во время залповых выбросов в 4-5 раз превышает выбросы всего предприятия. 

Таким образом, защита окружающей среды в значительной степени зависит от правильно сконструированных и эксплуатируемых факелов, обеспечивающих надежное и экономичное сжигание выбросов газов. 

Для классификации технологических процессов с точки зрения 

Таблица 3.4 

Выбросы вредных веществ в атмосферу с факельных установок

Газ  Выбросы на перерабатываемую нефть, кг/т  Содержание к данному компоненту в целом по НПЗ, %

Углеводороды  0,6  11,6

Оксид углерода  0,086  7

Оксид серы  0,165  17,8

Оксид азота  0,006  6 

200 

их комбинированного вредного воздействия на окружающую среду предлагается учитывать суммарную токсичность выбросов. Количественным выражением суммарной токсичности выбросов является индекс суммарной токсичности (Г3), определяемый как сумма вышеупомянутых коэффициентов токсичности (Г1i) всех вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу из источников их выделения. 

Учет индекса суммарной токсичности позволяет выявить приоритетность технологических производств по их экологической опасности (табл. 3.5) 

Как видно из табл. 3.5, наиболее экологически опасными являются производства, связанные с ректификацией углеводородных систем - нефтей и тяжелых нефтяных остатков, очисткой масел с помощью ароматических веществ, получением элементной серы, и объекты очистных сооружений. 

Характеристика основных загрязнителей атмосферы. Диоксид серы и сероводород. Диоксид серы оказывает влияние, прежде всего, на слизистую оболочку верхних дыхательных путей. Остатки газа могут проникнуть дальше внутрь легких. Значительное и хроническое загрязнение сернистым ангидридом может вызвать бронхиальную закупорку, повысить сопротивление потоку воздуха в дыхательных путях, нарушить функцию ресничного эпителия и увеличить секрецию слизи. При фоновом загрязнении диоксидом серы и взвешенными частицами критической следует считать концентрацию в 0,1 мг/м3. При повышении этого порога следует ожидать более частого проявления симптомов легочных заболеваний и даже появления патологий, особенно у младенцев и детей. 

Несмотря на то, что вклад нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов в общий выброс сернистых соединений относительно невелик (5% общего количества выбросов топливно-энергетических станций), ряд факторов вызывает необходимость осуществления мероприятий по снижению эмиссии уже на предприятиях средней мощности. К этим факторам относятся, в частности, неблагоприятный рельеф местности, метеорологические условия и др. 

По количеству и составу выбрасываемых серосодержащих газов источники загрязнений можно подразделить на три основные группы: 

    * - дымовые газы котельных агрегатов, технологических печей, печей для сжигания нефтешламов, факельных систем;

    * - отходящие газы регенерации катализаторов на установках крекинга;

    * - хвостовые газы установок производства серной кислоты и элементной серы (установки Клауса). 

201 

Таблица 3.5 

Классификация процессов переработки углеводородных систем по экологической опасности

Приоритетный номер  Технологический процесс  Г3

1  Атмосферно-вакуумная перегонка нефти  33039

2  Контактная очистка масел  8889

3  Вакуумная перегонка мазута  8884

4  Производство синтез-газа  6433

5  Механическая очистка сточных вод  6354

6  Селективная очистка масел фенолом  5034

7  Селективная очистка масел фурфуролом  4439

8  Производство элементной серы  4274

9  Установка регенерации кислого гудрона  3717

10  Коксование остатка в кубах  3571

11  Каталитический крекинг в подвижном слое шарикового катализатора  3190

12  Термический крекинг остатков  3140

13  Каталитический крекинг на облагораживание  2638

14  Комбинированная установка атмосферной перегонки и термического крекинга  2489

15  Каталитический риформинг  2058

16  Карбамидная депарафинизация дизельных топлив  1640

17  Сероочистка газов  1420

18  Газоразделение комбинированное  1347

19  Атмосферная перегонка нефти  1327

20  Газоразделение ректификацией  1268

21  Вторичная перегонка бензина  1249