Проблема контролирования выброса в атмосферу загрязняющих веществ промышленными предприятиями

Содержание 
 
 

                

                     

 

Введение 

    Техногенные выбросы в воздушную среду  насчитывают десятки тысяч   различных веществ. Однако наиболее распространенные (многотоннажные) загрязнители сравнительно немногочисленны. Это различные твердые частицы (пыль, дым, сажа), окись углерода (СО), диоксид серы (S0₂), окислы азота (NO и N0₂), различные летучие углеводороды (СНх соединения фосфора, сероводород (H₂S), аммиак (NH₃), хлор (Сl), фтористый водород (HF).

    Наибольшая  загрязненность атмосферы приурочена к индустриальным регионам. Около 90% выбросов приходятся на 10% территории суши и сосредоточены в основном в Северной Америке, Европе и Восточной Азии. Особенно сильно загрязняется воздушный бассейн крупных промышленных городов, где техногенные потоки тепла и аэрополлютантов, особенно при неблагоприятных метеоусловиях (высоком атмосферном давлении и термонверсиях), часто создают пылевые купола и явления смога — токсичных смесей тумана, дыма, углеводородов и вредных окислов. Такие ситуации сопровождаются сильными превышениями ПДК многих поллютантов.

    Целью работы является изучение источников загрязнения атмосферы.

    Для достижения указанной цели ставятся следующие задачи:

1. Изучить строение и источники загрязнения атмосферы;
2. Выявить последствия загрязнения атмосферы;
3. Рассмотреть проблемы контролирования выброса в атмосферу загрязняющих веществ промышленными предприятиями (ПДК).

 

Глава 1. Строение и источники загрязнения атмосферы

1.1. Строение атмосферы

     Тропосфера

     Её  верхняя граница находится на высоте 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы. Содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 м

     За  «нормальные условия» у поверхности  Земли приняты: плотность 1,2 кг/м³, барометрическое давление 101,35 кПа, температура плюс 20 °C и относительная влажность 50 %. Эти условные показатели имеют чисто инженерное значение.

     Стратосфера

     Слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25—40 км от −56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0° С), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.

     Стратопауза

     Пограничный слой атмосферы между стратосферой и мезосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место максимум (около 0 °C).

     Мезосфера

     Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км. Температура с высотой понижается со средним вертикальным градиентом (0,25—0,3)°/100 м. Основным энергетическим процессом является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов, колебательно возбуждённых молекул и т. д. обусловливают свечение атмосферы.

     Мезопауза

     Переходный  слой между мезосферой и термосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место минимум (около —90°С).

     Линия Кармана

     Высота  над уровнем моря, которая условно  принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом.

     Термосфера

     Верхний предел — около 800 км. Температура растёт до высот 200—300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остаётся почти постоянной до больших высот. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха («полярные сияния») — основные области ионосферы лежат внутри термосферы. На высотах свыше 300 км преобладает атомарный кислород.

     Экзосфера (сфера  рассеяния)

     Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

     До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжёлых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °C в стратосфере до -110 °C в мезосфере. Однако кинетическая энергия отдельных частиц на высотах 200—250 км соответствует температуре ~1500°С. Выше 200 км наблюдаются значительные флуктуации температуры и плотности газов во времени и пространстве.

     На  высоте около 2000—3000 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен сильно разреженными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные частицы кометного и метеорного происхождения. Кроме чрезвычайно разреженных пылевидных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

     На  долю тропосферы приходится около 80 % массы атмосферы, на долю стратосферы — около 20 %; масса мезосферы — не более 0,3 %, термосферы — менее 0,05 % от общей массы атмосферы. На основании электрических свойств в атмосфере выделяют нейтросферу и ионосферу. В настоящее время считают, что атмосфера простирается до высоты 2000—3000 км.[1, c.109] 

1.2. Техногенные окислы серы и азота в атмосфере. Кислотные осадки  

    Существует  два вида загрязнений атмосферы: естественное и искусственное, каждый обусловлен соответствующими источниками (рис.1). Источники загрязнения атмосферы различаются также по мощности выброса (мощные, крупные, мелкие), высоте выброса (низкие, средней высоты и высокие), температуре выходящих газов (нагретые и холодные).

    Для подготовки исходных данных для расчета предельно допустимых выбросов (ПДВ) предприятия для каждого источника по каждому показателю требуется классификация не только источников загрязнений, но также классификация и характеристика выбросов, степень изученности и учет в расчетах. При этом учитывают организованные, неорганизованные и распределенные выбросы.[2, c.117]

    Организованные  выбросы обычно производятся из стационарных источников. Их характеризует большая высота труб (50–100 м), а также значительные концентрации и объемы. Неорганизованные выбросы проявляются в виде поступлений токсикантов в атмосферу из производственных помещений предприятий. Концентрация и объем загрязняющих веществ меньше, высота выброса небольшая. Распределенные выбросы связаны в основном с транспортом, а также с обработкой сельскохозяйственных территорий ядохимикатами.

    Наиболее  распространенные выбросы промышленности - зола, пыль, оксид цинка, сернистый ангидрид, сероводород, меркаптан, альдегиды, углеводороды, смолы, оксид и диоксид азота, аммиак, озон, оксид и диоксид углерода, фтористый водород, хлористый водород, кремнефтористый натрий, радиоактивные газы и аэрозоли.[6, c.100]

    Масса загрязняющих веществ в год, поступающих в атмосферу из естественных и искусственных источников, представлена в таблице  1.

    Таблица 1

Масса загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу (тонн/год, по данным ЮНЕСКО, 2008)

 

    Как свидетельствуют данные таблицы 1, антропогенное (искусственное) загрязнение атмосферы преобладает над естественным, при этом 37% загрязнений дает автотранспорт, 32% - промышленность и 31% - прочие источники.

    По  ряду показателей, в первую очередь  по массе и распространенности вредных  эффектов, атмосферным загрязнителем номер один считают диоксид серы. Он образуется при окислении серы, содержащейся в топливе или в составе сульфидных руд:

    S + О₃  -> SO₂;

    Cu₂S + 0₂ -> 2Cu + S0₂

    Очистка отходящих газов от этого вещества может быть достаточно глубокой. В связи с увеличением мощности высокотемпературных процессов, переводом многих ТЭС на газ и ростом парка автомобилей растут выбросы окислов азота, образующихся при окислении атмосферного азота:

    N + 0₂->2NO;

    2NO + 0₂ -» 2N0₂.

    От  окислов азота несколько труднее избавиться, чем от SO₂.

    Постоянное  поступление в атмосферу больших  количеств  S0₂ и окислов азота, а также (изредка — в результате аварийных выбросов) хлористого водорода приводит к заметному снижению рН атмосферных осадков. Это происходит из-за вторичных реакций в атмосфере, приводящих к образованию сильных кислот — серной и азотной. В этих реакциях участвуют кислород  и пары воды, а также частицы техногенной пыли в качестве катализаторов.

    Растворение кислот в атмосферной влаге приводит к образованию кислотного тумана - и к выпадению кислотных дождей. Кислотность (рН) осадков в ряде случаев снижается на 2—2,5 единицы, т.е. вместо нормальных 5,6—5,7 до 3,2—3,7. В 1974 г. в Шотландии был зарегистрирован дождь с рН 2,7.

    Следует напомнить, что рН — это отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов, и, следовательно, вода с рН 2,7 в тысячу раз «кислее» воды с рН 5,7. В промышленных районах и в зонах атмосферного заноса окислов серы и азота рН дождевой воды колеблется от 3 до 5. Кислотные осадки особенно опасны в районах с кислыми почвами и низкой буферностью природных вод. В Америке и Евразии это обширные территории севернее 55° с. ш. Техногенная кислота, помимо прямого негативного действия на растения, животных и микрофлору увеличивает подвижность и вымывание почвенных катионов, вытесняет из карбонатов, и органики почвы углекислый газ, закисляет воду рек и озер. Это приводит к неблагоприятным цепным изменениям в водных экосистемах. Природные комплексы Южной Канады и Северной Европы уже давно ощущают действие кислых осадков.