«УХТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ Методические указания Ухта 2007 2 УДК 502.33: 504.5 (075.8) К 33 Кейн, О.П. Загрязнение атмосферы [Текст]: методические указания / О.П.Кейн.- Ухта: ...»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

УХТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ

Методические указания

Ухта 2007

2

УДК 502.33: 504.5 (075.8)

К 33

Кейн, О.П. Загрязнение атмосферы [Текст]: методические указания /

О.П.Кейн.- Ухта: УГТУ, 2007.- 39 с.

Методические указания предназначены для проведения практических работ по курсу «Экология» на всех специальностях. Методические указания содержат сведения о строении и составе атмосферы, естественном и искусственном загрязнении атмосферы, о последствиях загрязнения атмосферы, рассмотрены вопросы нормирования загрязнения атмосферного воздуха и техника для удаления взвешенных веществ и газообразных вредных примесей из атмосферного воздуха.

Рецензент: доцент кафедры «Промышленной безопасности и охраны окружающей среды» О.В. Воловик.

План издания 2007, позиция 139.

Подписано в печать 30.11.2007. Компьютерный набор.

Объем 39 с. Тираж 50 экз. Заказ № 215.

© Ухтинский государственный технический университет, 169300, г. Ухта, ул. Первомайская, 13.

Отдел оперативной полиграфии УГТУ.

169300, г. Ухта, ул. Октябрьская, 13.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….. 1. СТРОЕНИЕ И СОСТАВ АТМОСФЕРЫ………………………………..

2. ЕСТЕСТВЕННОЕ И ИСКУСТВЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

АТМОСФЕРЫ……………………………………………………………. 3. ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ…………………..

4. ТЕПЛОВОЕ, ШУМОВОЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ

ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ…………………………………………..

5. НОРМИРОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО

ВОЗДУХА…………………………………………………………………. 6. МЕРЫ ПО ОХРАНЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА…………………..

7. ТЕХНИКА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ И

ГАЗООБРАЗНЫХ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ

ИЗ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА……………………………………… БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………………………

ВВЕДЕНИЕ

Известны четыре среды обитания: наземно-воздушная (атмосфера), водная (гидросфера), почвенная (эдафическая) и живые организмы. Данные методические указания касаются загрязнения атмосферы.

Настоящие методические указания предназначены для студентов технических вузов всех специальностей. Государственные образовательные стандарты предусматривают изучение курса «Экологии» и вопросов, связанных с охраной окружающей среды студентами всех специальностей. Освоению дисциплины отводится один семестр - лекционный и практический курс из 34 аудиторных часов. Методические указания позволят студентам наиболее эффективно изучить вопросы, касающиеся загрязнения атмосферы, а также вопросы защиты атмосферного воздуха, так как объем имеющихся учебников многократно превышает вышеуказанный курс.

Экологическое воспитание и решение вопросов охраны окружающей среды должно пронизывать процесс формирования специалиста любого профиля.

Главное при этом, чтобы все специалисты, выпускаемые высшей школой, вместе с основательными юридическими и практическими знаниями получали высокий нравственный заряд и умение решать задачи охраны природы применительно к своей профессиональной области.

Среди проблем защиты окружающей среды наиболее актуальной проблемой является охрана воздушного бассейна, так как загрязненный воздух является основным фактором, обусловливающим экологическую обстановку. Охрана воздушной среды от загрязнений промышленными выбросами является важнейшей социальной и общественной задачей, входящей в комплекс задач глобальной проблемы охраны природы и улучшения использования природных ресурсов.

Ежегодно в мире в атмосферный воздух поступает более 200 млн. т оксида углерода, до 150 млн. т диоксида серы (сернистого газа), свыше 50 млн. т оксида азота, более 50 млн. т различных углеводородов, более 250 млн. т мелкодисперсных аэрозолей и так далее. Известно, что загрязнение воздуха промышленными выбросами наносит значительный материальный ущерб народному хозяйству и приводит к увеличению заболеваемости населения. Под влиянием загрязненного атмосферного воздуха гибнут целые зеленые массивы.

В Европе за счет загрязненного воздуха на 40 % сократились площади, занятые хвойными деревьями.

Атмосфера (от греч. atmoc - пар и сфера - шар) - газовая (воздушная) оболочка Земли, вращающаяся вместе с ней. Жизнь на Земле возможна, пока существует атмосфера. Все живые организмы используют воздух атмосферы для дыхания, атмосфера защищает от вредного воздействия космических лучей и губительной для живых организмов температуры, холодного «дыхания» космоса.

1. СТРОЕНИЕ И СОСТАВ АТМОСФЕРЫ

Атмосферный воздух - это смесь газов, из которых состоит атмосфера Земли. Воздух не имеет запаха, прозрачен, его плотность 1,2928 г/л, растворимость в воде 29,18 см3/л, в жидком состоянии приобретает голубоватую окраску. Жизнь людей невозможна без воздуха, без воды и пищи, но если без пищи человек может прожить несколько недель, без воды - несколько дней, то смерть от удушья наступает через 4-5 мин.

В настоящее время основными компонентами атмосферы являются азот, кислород, вода, аргон (таблица 1). Суммарная масса земной атмосферы составляет 5,3-1018 кг.

Таблица 1- Средний газовый состав природной атмосферы (в сухом воздухе) основные компоненты Суммарное содержание прочих газовых компонентов 0,04-0,05 % Компоненты атмосферы далеко не равномерно распределены в ней. Специалисты, изучающие атмосферу, выделяют в ней несколько зон, располагающихся на различных высотах от Земли в зависимости от их температуры.

Около 95 % массы воздуха приходится на внутренний слой - тропосферу, простирающуюся вверх над поверхностью Земли примерно на 17 км. С увеличением высоты температура в тропосфере понижается.

Огромные массы воздуха в тропосфере находятся в постоянном движении, так как нагретый солнцем воздух поднимается и замещается холодным.

Физические процессы, вызывающие эти перемещения воздуха в тропосфере, являются ключевыми факторами, определяющими земные климат и погоду.

Они также влияют на типы и распределение вредных химических веществ в тропосфере.

Второй слой атмосферы, располагающийся на высоте от 17 до 48 км, называется стратосферой. Температура в этом слое сначала остается постоянной, а затем начинает повышаться с высотой. В стратосфере сконцентрирована основная часть атмосферного озона, и именно это обстоятельство обусловливает такое повышение температуры. Дело в том, что озон поглощает ультрафиолетовые лучи Солнца, что и вызывает разогрев стратосферы. Озоновый слой содержит небольшое количество газообразного озона (О3), который отфильтровывает около 99 % поступающей вредной ультрафиолетовой (УФ) радиации.

Поглощая высокоэнергетическую УФ радиацию, стратосферный озон предохраняет также большую часть кислорода в тропосфере от превращения в озон.

Ничтожное количество озона, которое формируется в тропосфере как компонент городского смога, губительно действует на растения, дыхательную систему людей и других животных, а также на такие материалы, как резина. Таким образом, наше здоровье зависит от наличия необходимого количества «хорошего» озона в стратосфере и от отсутствия «плохого» озона в тропосфере.

На высоте более 50 км начинается мезосфера - зона, где температура опять понижается.

Практически все компоненты атмосферы содержатся в тропосфере, стратосфере и мезосфере в одинаковых соотношениях. Однако атмосферное давление с высотой уменьшается, то есть воздух по мере роста высоты становится все разреженнее.

Состав, температура и способность к самоочищению земной атмосферы меняется с момента формирования планеты. Миллионы лет в атмосферу поступали дым и другие загрязняющие вещества в результате извержений вулканов, природных пожаров и пыльных бурь. Но биосфера способна удалять, ассимилировать и рециклизировать эти естественные загрязнители.

2. ЕСТЕСТВЕННОЕ И ИСКУССТВЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

АТМОСФЕРЫ

Источники загрязнения атмосферы могут быть естественными и искусственными. Естественные источники загрязнения атмосферы - извержения вулканов, лесные пожары, пыльные бури, процессы выветривания, разложение органических веществ. К искусственным (антропогенным) источникам загрязнения атмосферы относятся промышленные и теплоэнергетические предприятия, транспорт, системы отопления жилищ, сельское хозяйство, бытовые отходы.

Естественные источники загрязнения атмосферы представляют собой такие грозные явления природы, как извержения вулканов и пыльные бури.

Обычно они имеют катастрофический характер. При извержении вулканов в атмосферу выбрасывается огромное количество газов, паров воды, твердых частиц, пепла и пыли. После затухания вулканической деятельности общий баланс газов в атмосфере постепенно восстанавливается. Так, в результате извержения вулкана Кракатау в 1883 году в атмосферу было выброшено около 150 млрд. т пыли и пепла. Мелкие пылевые частицы держались в верхних слоях атмосферы в течение нескольких лет. «Над Кракатау поднялась черная туча высотой около 27 км. Взрывы продолжались всю ночь и были слышны на расстоянии 160 км от вулкана. Газы, пары, обломки, песок и пыль поднялись на высоту 70-80 км и рассеялись на площади свыше 827000 км2 (Влодавец, 1973).

При извержениях вулкана Катмай на Аляске в 1912 году было выброшено в воздух около 20 млрд. т пыли, которая долго держалась в атмосфере. Извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 году сопровождалось выбросами в атмосферный воздух диоксида серы. Его количество составило более млн. т. При извержении вулканов происходит тепловое загрязнение атмосферы, так как в воздух выбрасываются сильно нагретые вещества. Температура их, в том числе паров и газов, такова, что они сжигают все на своем пути.

Существенно загрязняют атмосферу крупные лесные пожары. Чаще всего они возникают в засушливые годы. В России наиболее опасны лесные пожары в Сибири, на Дальнем Востоке, на Урале, в Республике Коми. В среднем за год сгорает и повреждается на корню до 20-25 млн. м3 древесины.

Пыльные бури возникают в связи с переносом сильным ветром поднятых с земной поверхности мельчайших частиц почвы. Сильные ветры - смерчи и ураганы - поднимают в воздух и крупные обломки горных пород, но они не держатся долго в воздухе. При сильных бурях в атмосферный воздух поднимается до 50 млн. т. пыли. Причинами пыльных бурь являются засуха, суховеи;

провоцируют их интенсивная распашка, выпас скота, сведение лесов и кустарников. Наиболее часты пыльные бури в степных, полупустынных и пустынных районах. В России катастрофические пыльные бури наблюдались в 1928-м, 1960-м, 1969-м, 1989 годах.

Катастрофические явления, связанные с извержением вулканов, лесными пожарами и пыльными бурями, приводят к возникновению светозащитного экрана вокруг Земли, который несколько изменяет тепловой баланс планеты. В целом, эти явления имеют заметный, но локальный эффект в отношении загрязнения атмосферы. И совсем незначительный характер носит загрязнение атмосферного воздуха, связанное с выветриванием и разложением органических веществ.

Искусственные источники загрязнения наиболее опасны для атмосферы.

По агрегатному состоянию все загрязняющие вещества антропогенного происхождения подразделяются на твердые, жидкие и газообразные, причем последние составляют около 90 % от общей массы выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ.

Проблема загрязнения воздуха не нова. Более двух столетий серьезные опасения вызывает загрязнение воздуха в крупных промышленных центрах многих европейских стран. Однако длительное время эти загрязнения имели локальный характер. Дым и копоть загрязняли сравнительно небольшие участки атмосферы и легко разбавлялись массой чистого воздуха в то время, когда заводов и фабрик было немного. Быстрый рост промышленности и транспорта в XX веке привел к тому, что такое количество выброшенных в воздух веществ не может больше рассеиваться. Их концентрация увеличивается, что влечет за собой опасные и даже фатальные последствия для биосферы.

Загрязнение атмосферного воздуха в промышленных городах и городских агломерациях значительно выше, чем на прилегающих территориях. Так, по данным американских ученых, концентрация различных веществ в городах следующим образом относится к средним (фоновым) показателям этих веществ в тропосфере (в частях на млн. частей): SO2 - 0,3/0,0002-0,0004; NO2 Оз -во время смогов - до 0,5/0,01-0,03; СО - 4/0,1; МНз- 2/1пыль (в мкг/м3) - 100/1 -30.

Особое место среди источников загрязнения атмосферы занимает химическая промышленность. Она поставляет диоксид серы (SОз), сероводород (H2S), оксиды азота (NO, NО2), углеводороды (CхHх,), галогены (F2, Сl2) и другое.

Особенно опасны те, борьба с которыми пока еще недостаточно эффективна. К таким загрязнениям обычно относят диоксины, а также другие вредные вещества, порождающие озоновые дыры в стратосфере и смог в городах.

Диоксины относятся к классу полихлорированных полициклических соединений (ПХПС). Под этим названием объединено более 200 веществ - дибензодиоксинов и дибензофуранов. Основным элементом диоксинов является хлор (в отдельных соединениях хлор может замещаться бромом), кроме того, диоксины содержат кислород, углерод и водород.

Диоксины являются типичными и очень стойкими ксенобиотиками, то есть веществами, неприемлемыми для живых организмов. Они способны легко проникать в ядра клеток живых организмов, вызывая, с одной стороны, ускоренное разрушение гормонов, витаминов, лекарств, а с другой - активацию канцерогенов, нейротоксических ядов и даже превращение многих безвредных соединений в чрезвычайно токсичные. Видимо этим объясняется крайне высокая чувствительность пораженного диоксинами организма к стрессовым воздействиям физической, химической, биологической природы и к психическим факторам. При хроническом отравлении малыми дозами отмечается дискомфорт, снижение трудоспособности, авитаминоз, развитие иммунодефицита, нарушение нервной, психической деятельности и репродуктивных функций.

В природной среде диоксины, вследствие химической инертности, высокого сродства с органической фазой и способности к комплексообразованию, чрезвычайно эффективно переносятся по цепям питания, выносятся в атмосферу, мигрируют в почве и накапливаются в воде. Это способствует поражению аэробных организмов во всех нишах экосистемы и может, при определенных условиях, полностью разрушить экоценоз. Нечто подобное происходило во Вьетнаме, где с 1961 по 1970 гг. армия США под предлогом борьбы с партизанами распылила 57 тыс. т яда «Оранж» для уничтожения растительности. Впоследствии обнаружились массовые необратимые заболевания у участников событий, рождение у них детей-уродов. Установлено, что в составе яда выброшено около 170 кг диоксина, который и явился причиной этих бед. До сих пор 10рождающихся во Вьетнаме детей имеют необратимые генные отклонения.

Подобные катастрофы бывали и ранее, но приписывались они воздействию чистого хлора и даже болезнь называлась «хлоракне».

Итак, основная опасность для человека от диоксинов состоит в подавлении иммунной системы, канцерогенном (возбуждающем злокачественные опухоли), тератогенном (искажением гена) и эмбриотоксичном действии. Нарушаются детородные функции, развиваются хронические заболевания, наступает ранняя смерть.

Диоксиновая опасность заставила Правительство РФ в 1995 году принять специальную целевую программу «Защита окружающей природной среды от диоксинов и диоксиноподобных токсикантов», в которой предусматриваются не только мероприятия по контрольному мониторингу, правовые и организационные меры, но и предложения по предотвращению опасного загрязнения.

Предусмотрена разработка лечебных препаратов и средств, препятствующих всасыванию ядов в организм. Но самое главное - не допустить накопления диоксидантов в природе. По возможности следует избегать применения хлорсодержащих материалов в быту.

Диоксины недаром называют «химическим СПИДом», они появляются везде, где хлор вступает в контакт с каким-либо органическим соединением. По данным Гринписа, на 1996 год в РФ насчитывалось более 160 предприятий, работающих с выбросами диоксинов. Где же следует ожидать появления диоксинов? При сжигании любых полимерных пленок и материалов, пластиков, техногенной (пропитанной синтетическими клеями, пестицидами) древесины, резины и так далее. Очень опасны не только пожары трансформаторов (горение полихлорвиниловой изоляции) и вагонов (пластики), но и сжигание мусора, листьев. Мусоросжигательные заводы, работающие при температуре 800-900 °С вместо 1400 °С, как и автомобили, работающие на этилированном бензине, в котором есть специальные хлорированные добавки, - одни из основных источников диоксинов в городах. Отбеливание целлюлозы хлором на бумажных комбинатах и выбросы самых разных химических предприятий - еще один вид источников. Применение хлористых ядохимикатов в сельском хозяйстве при определенных условиях также может вызвать поражение растительности и людей диоксинами. Избыточное хлорирование воды - важный источник диоксинов в наших домах. Но против этого найдено противоядие: специальные сорбенты, которые удаляют до 85-95 % диоксинов, уже внедрены в Уфе и Москве. Существенное количество диоксинов выделяется при термическом разложении хлорфторуглеродов (фреонов). Это происходит не только при сжигании аэрозольных баллончиков, но и при пожарах холодильников, вагонных рефрижераторных секций.

С каждым годом возрастает роль автомобильного транспорта в загрязнении атмосферы выхлопными газами. В США на долю автотранспорта приходится 60 % в общем загрязнении атмосферы. С выхлопными газами в воздух поступают угарный газ, оксиды азота, углеводороды, свинец и его соединения.

Поступление свинца него соединений в воздух связано с тем, что к дизельному топливу и бензину для снижения детонации и повышения КПД двигателей внутреннего сгорания добавляют тетраэтилсвинец [ТЭС - Pb(C2H5)4]. В результате при сгорании 1 литра такого бензина в воздух попадает 200-400 мг свинца.

С начала 30-х годов, когда в топливо автотранспорта стали добавлять ТЭС, авиационные, автомобильные, судовые и тепловозные двигатели стали выбрасывать свинец во все возрастающем количестве. На 70-80 % он состоит из частиц менее 1 мкм. Известно, что городской воздух содержит свинца в 20 раз больше, чем деревенский, и в 2000 раз больше, чем морской.

Повышение концентрации ионов свинца в крови человека до 0, част/млн вызывает тяжелое свинцовое отравление: анемию, головную и мышечную боль, потерю сознания. Средний уровень свинца в крови американцев у работников бензозаправочных станций - до 0,34-0,40. Наиболее высокая концентрация свинца (0,40-0,60 част/млн) оказывается в крови детей, играющих на мостовой в городских кварталах, так как выхлопные газы тяжелее воздуха и скапливаются в его приземном слое, которым дышат дети (Бондарев, 1976).

Высокая концентрация выхлопных газов вблизи транспортных магистралей отрицательно сказывается на растениях, вызывая пожелтение листьев и ранний листопад, а в конечном итоге их гибель.

Серьезные последствия имеет загрязнение воздуха хлорфторметанами, или фреонами. С широким использованием фреонов в холодильных установках, в производстве аэрозольных баллонов связано их появление на больших высотах, в стратосфере и мезосфере. Высказываются опасения относительно возможного взаимодействия озона с галогенами, которые выделяются из фреонов под действием ультрафиолетового излучения. По данным специалистов, уменьшение слоя озонового экрана только на 7-12 % 10-кратно увеличит (в умеренных широтах) интенсивность ультрафиолетового излучения с длиной волны 297 нм, а в связи с этим в несколько раз возрастает число людей, заболевших раком кожи. Уменьшению слоя озонового экрана способствуют газы, выделяемые турбореактивными самолетами, полеты ракет, разнообразные эксперименты, проводимые в атмосфере: вынос в стратосферу медных опилок, иголок, кристаллов NaCl.

Промышленность России выбрасывает в атмосферу в среднем 19,5 млн т загрязняющих веществ за год. По степени токсичности выбросов в атмосферу отрасли промышленности можно расположить следующим образом: цветная металлургия, химическая, нефтехимическая, черная металлургия, деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная.

На одного жителя России приходится около 342 кг выбросов в атмосферу в год. В 84 городах России загрязнение воздуха более чем в 10 раз превышает ПДК. Из 148 млн россиян 109 млн проживают в неблагоприятных экологических условиях с точки зрения загрязнения атмосферного воздуха, в том числе 60 млн человек при постоянном превышении ПДК токсичных веществ в воздухе. В связи с этим возрастает число людей, особенно детей, страдающих от респираторных заболеваний, от болезней органов кровообращения, аллергии, бронхиальной астмы.

Увеличение количества диоксида серы в воздухе губительно для лесных массивов; площадь поврежденных лесов с годами возрастает: 1000 га ( год), 150 тыс. га (1906 год), 50 млн. га (1994 год).

Один из наиболее опасных источников загрязнения атмосферы представляет собой автомобильный транспорт. В 1900 году в мире было 11 тыс. автомобилей, в 1950 году - 48 млн., в 1970 году - 181 млн., в 1982 году - 330 млн., в настоящее время - около 500 млн. автомобилей. Они сжигают сотни миллионов тонн невозобновимых запасов нефтепродуктов. В частности, только в Западной Европе автомобили (с двигателем внутреннего сгорания) потребляют около 45% всей расходуемой нефти. Подсчитано, что один автомобиль за год выбрасывает в атмосферу 600-800 кг оксида углерода, около 200 кг несгоревших углеводородов и около 40 кг оксидов азота. В отработанных газах автомобилей содержится около 280 вредных компонентов, некоторые из них обладают канцерогенными свойствами. Автомобильный транспорт становится одним из основных источников загрязнения окружающей среды. В ряде зарубежных стран (Франция, США, Германия) автомобильный транспорт дает более 50-60 % всего загрязнения атмосферы. В России количество выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от транспорта составляет 16,5 млн. т в год в том числе от автотранспорта – 13,5 млн. т (около 82 % от общего количества выбросов). В ряде регионов на долю транспорта приходится более половины выбросов: Приморский край – 55 %, Тверская область – 63 %; Пензенская область – 70 %. В Ростовской области насчитывается 650 тыс. автомобилей, причем только в 1995 году их количество увеличилось на 75 тыс. В атмосферу области в 1995 году автотранспортом было выброшено 543 тыс. т вредных веществ ( % от общего объема выбросов).

Структура выбросов автотранспорта в России: 84 % - по СО, 83 % - по оксидам азота, 73 % - по углеводородам – практически не отличается от структуры выбросов автотранспорта других стран. В частности, в 1995 году во Франции выбросы автотранспорта в атмосферу составили: 90 % - по СО, 75 % - по оксидам азота, 1/3 - по летучим органическим соединениям и твердым частицам.

Особенно велик «вклад» автотранспорта в загрязнение воздушного бассейна крупных городов. Так, в Москве он составляет более 75 % выбросов. В ряде городов доля выбросов автотранспорта на фоне снижения выбросов от промышленных предприятий еще выше: Батайск – 86 %, Ростов-на-Дону – %, Азов – 89 %. Определяющая доля выбросов приходится на грузовые автомобили и легковые индивидуального пользования.

Уровень загрязнения городов Республики Коми по индексу загрязнения атмосферы (ИЗА) автотранспортом относится к "высокому" и "повышенному"[7]. Этот уровень загрязнения определяют специфические примеси, среднегодовые концентрации которых превышают норму. В основном это бенз(а)пирен и формальдегид, в отдельных случаях - метилмеркаптан. По данным на 2004 год высокий уровень загрязнения наблюдается в городах Сыктывкаре (ИЗА= 7,5) и Воркуте (ИЗА=6,6), в остальных городах уровень загрязнения повышенный (город Ухта) или повышенный в отдельные периоды (город Сосногорск).

Средние за год концентрации бенз(а)пирена составили:

- город Сыктывкар, в целом по городу - 3,1 ПДК;

- город Воркута - 2,2 ПДК, максимальная - 4,0 ПДК;

- город Ухта - 2,1 ПДК, максимальная - 3,0 ПДК.

Кроме того, основными источниками загрязнения городов Республики Коми являются предприятия теплоэнергетики, добычи угля, нефти и газа, нефте- и газоперерабатывающие заводы, предприятия лесопереработки, стройиндустрии.

По данным федерального государственного статистического наблюдения в 2004 год проведен учет количества выбросов вредных веществ в атмосферу от стационарных источников 354 предприятий Республики Коми, суммарный выброс загрязняющих веществ по которым составил 660,2 тыс. т.

По сравнению с данными предыдущих лет наиболее значительное повышение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу отмечается в следующих районах Республики Коми:

- Усинский - увеличение выбросов составило 14,5 тыс. т (в том числе по оксиду углерода на - 7,7, по диоксиду серы - на 3,1, по углеводородам - 2,7 тыс.

т), что обусловлено ростом объемов добычи нефти, в результате чего повышается расход газа для подогрева нефти и объем сжигания попутного газа и т.д.

- Воркутинский - увеличение выбросов составило 8,8 тыс.т (в том числе по углеводородам - 10,5 тыс.т) в результате роста добычи угля на шахтах ОАО "Воркутауголь".

- Усть-Вымский - увеличение выбросов составило 6,2 тыс.т, в том числе по углеводородам - 5,3 тыс.т.

В то же время в ряде районов отмечено снижение выбросов:

- Сосногорский - снижение выбросов составило 19,8 тыс.т, в том числе по окиси углерода - 19,6 тыс.т.

- Ухтинский - снижение выбросов составило 3,7 тыс.т.

Радиоактивное загрязнение атмосферы. Радиоактивные вещества относятся к особо опасным для людей, животных и растений. Источники радиоактивного загрязнения, в основном, техногенного происхождения. Это экспериментальные взрывы атомных, водородных и нейтронных бомб, различные производства, связанные с изготовлением термоядерного оружия, атомные реакторы и электростанции; предприятия, где используются радиоактивные вещества;

станции по дезактивации радиоактивных отходов; хранилища отходов атомных предприятий и установок; аварии или утечки на предприятиях, где производится и используется ядерное топливо. Естественные источники радиоактивного загрязнения, в основном, связаны с выходом на поверхность урановых руд и горных пород, имеющих повышенную природную радиоактивность (граниты, гранодиориты, пегматиты).

Большую опасность для людей, растений и животных представляют испытания ядерного оружия, аварии и утечки на предприятиях, где используется ядерное топливо.

Радиоактивное загрязнение атмосферы чрезвычайно опасно, так как радионуклиды с воздухом попадают в организм и поражают жизненно важные органы человека. Его влияние сказывается не только на ныне живущих поколениях, но и на их потомках из-за появления многочисленных мутаций. Не существует такой малой дозы ионизирующего излучения, которая была бы безопасна для человека, растений и животных. Даже в районах умеренного радиоактивного загрязнения увеличивается число людей, заболевших лейкозами.

В настоящее время радиоактивное загрязнение атмосферного воздуха над территорией России определяется глобальным повышенным радиационным фоном, который был создан в результате проводившихся ранее ядерных испытаний, радиоактивным загрязнением после катастрофических аварий, случившихся в 1957 году на военном производственном объединении (ПО) «Маяк» и в 1986 году на Чернобыльской АЭС. В результате аварии на ПО «Маяк» произошла утечка радиоактивных отходов, сбрасываемых и хранившихся в «бессточном» озере. В 1957 году радиоактивный фон озера составлял 120 млн. кюри, что в 24 раза больше, чем фон разрушенного реактора Чернобыльской АЭС.

После аварии на ПО «Маяк» радиоактивными веществами была загрязнена площадь 23 тыс. км2. Загрязнение атмосферы также произошло в результате переноса ветром радиоактивной пыли с берегов и со дна озера, обнажившегося после засухи.

Различного рода утечки и неконтролируемые выбросы на предприятиях несколько изменяют радиологическую обстановку и носят обычно локальный характер.

К зонам радиоактивного загрязнения отнесено 14 субъектов Российской Федерации: Белгородская, Брянская, Воронежская, Калужская, Курская, Ленинградская, Липецкая, Орловская, Пензенская, Рязанская, Тамбовская, Тульская, Ульяновская области, Республика Мордовия.

Наибольшее загрязнение атмосферы происходит при взрывах термоядерных устройств. Образующиеся при этом изотопы становятся источником радиоактивного распада в течение длительного времени. Наиболее опасны изотопы стронция-90 (период полураспада 25 лет) и цезия-137 (период полураспада 33 года).

Радиоактивные вещества распространяются не только воздушным путем.

В миграции радиоактивных элементов большую роль играют цепи питания: из воды эти элементы поглощаются планктоном, который служит пищей для рыб, они, в свою очередь, поедаются хищными рыбами, рыбоядными птицами и зверями.

Радиоактивное излучение опасно для человека, вызывает у него лучевую болезнь с повреждением генетического аппарата клеток. Это ведет к появлению у людей злокачественных опухолей, наследственных заболеваний и уродств у потомства.

3. ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ

Влияние на здоровье людей. Дыхательная система человека имеет ряд механизмов, помогающих защитить организм от воздействия загрязнителей воздуха. Но воздействие загрязнителей воздуха может перегрузить или разрушить эти естественные защитные механизмы, вызвав множество болезней дыхательной системы, таких как рак легких, хронические бронхиты и эмфизема легких, или способствуя развитию этих болезней. Пожилые люди, дети, беременные женщины и люди, страдающие болезнями сердца, астмой или другими респираторными заболеваниями, особенно чувствительны к загрязнению воздуха.

Организм человека, так же как и большинство живых организмов, способен без вреда для себя переносить присутствие определенного количества загрязняющих веществ. Содержание их, ниже которого болезненные реакции не наблюдаются, называют пороговым уровнем. При больших количествах проявляются последствия для здоровья. Они зависят как от концентрации вещества, так и от длительности его воздействия (экспозиции). При короткой экспозиции переносимы более высокие уровни загрязнителей, т.е. пороговые для них значения могут быть выше при коротком воздействии и понижаться при более длительном В периоды, когда загрязнение достигает высокого уровня, многие люди жалуются на головные боли, раздражения глаз и носоглотки, тошноту и общее плохое самочувствие. Присутствие взвеси кислоты, главным образом серной, коррелирует с учащением приступов астмы, а из-за угарного газа возникают ослабление мыслительной деятельности, сонливость и головные боли. С высокими уровнями аэрозолей, действующими в течение длительного времени, связывают респираторные заболевания и рак легких.

Влияние на растительность. Растения гораздо чувствительнее к загазованности воздуха, чем люди. Это касается как сельскохозяйственных культур, так и дикорастущих видов.

Постоянное воздействие загрязнителей воздуха препятствует фотосинтезу и росту растений, поглощению питательных веществ и приводит к тому, что листья и хвоя желтеют и опадают. Хвойные деревья, особенно на больших высотах, очень чувствительны к воздействию загрязнителей воздуха вследствие большой продолжительности жизни и круглосуточного воздействия загрязненного воздуха на их иглы.

Кроме того леса, испытывающие воздействие загрязнителей, становятся более чувствительными к поражению насекомыми и патогенами. Например, гибель сосен Желтой и Жеффрея в США вызывают, в основном, сосновые жукилубоеды, поселяющиеся на ослабленных деревьях. Даже обычно безобидные насекомые в сочетании с угнетением, обусловленным загрязнением, могут стать смертельно опасными.

Даже если не произойдет катастрофического отмирания растительности, снижение первичной продуктивности, безусловно, должно сказаться на остальной экосистеме, в том числе и на почвах. Когда чувствительные виды гибнут, их место в ходе экологической сукцессии занимают более устойчивые.

В чистом воздухе растения вырастают значительно крупнее, чем в загрязненном. Это свидетельствует о том, что существующие уровни загрязнения подавляют их рост без очевидных признаков повреждений или отклонения от нормы. Так, по некоторым данным, урожайность без загрязнения озоном повышается: у кукурузы - на 3 %, у пшеницы - на 8 %, у сои - на 17 %, у арахиса на 30 %.

Следует отметить, что ответные реакции растений на действие загрязнителей, используются при интегральной оценке качества среды - биотестировании.

Влияние на материалы. Стены, окна и другие поверхности становятся серыми и грязными, когда на них оседают взвеси. Краски и облицовочные материалы быстрее стареют. Без соответствующего ухода и покраски такие материалы, как железо и сталь, используемые для изготовления железнодорожных рельсов, опор мостов и эстакад, корродируют и теряют прочность из-за загрязнения воздуха. Различные загрязнители воздуха ухудшают качество кожи, резины, бумаги, краски и ткани, особенно тканей из хлопка, вискозы и нейлона.

Бесценные мраморные статуи, исторические здания и витражи во всем мире подвергаются пагубному воздействию загрязненного воздуха (кислотные дожди).

Кроме того, ясное синее небо и хорошая видимость вместо завесы смога имеют свою эстетическую ценность и психологическое значение.

Разрушение озонового слоя Земли. Озоновый слой защищает от агрессивного воздействия ультрафиолетового излучения поверхность Земли. Это слой расположен на высотах от 10 до 50 км, с максимумом концентрации от 18 до км. Содержание озона в атмосфере очень мало - менее 4-10-6 %. Для сравнения можно привести следующий пример: количество озона атмосферы эквивалентно сплошному слою этого газа вокруг Земли, расположенного на этой же высоте, с толщиной слоя менее одного сантиметра.

Современная промышленность наряду с другими негативными воздействиями на атмосферу своими выбросами воздействует и на эту компоненту атмосферы, что проявляется в сокращении общего количества озона атмосферы. В результате происходит уменьшение толщины озонового слоя над отдельными территориями (и даже континентами), что в итоге отражается на здоровье населения. В соответствии с официальными данными ООН, сокращение озонного слоя на 1 % означает появление во всем мире 100 тыс. новых случаев катаракты глаз и 10 тыс. случаев рака. С этим явлением связывают и рост легочных, иммунных, аллергических и других заболеваний. Кроме этого, уменьшение в атмосфере озона приводит к усилению «парникового эффекта», снижению урожайности, деградации почвы.

Озон – едкий, ядовитый газ. В нижних слоях атмосферы он является серьезным загрязнителем. Однако благодаря тому, что нижние слои атмосферы и стратосфера не перемешиваются, озон как загрязнитель в нижних слоях атмосферы и как существенный компонент стратосферы – с практической точки зрения совершенно разные вещи. Озон в стратосфере – это продукт воздействия самого ультрафиолета на молекулы кислорода (О2). В результате некоторые из них распадаются на свободные атомы, а те в свою очередь могут присоединяться к другим молекулам кислорода с образованием озона (О3). Однако весь кислород не превращается в озон, так как свободные атомы кислорода (О), реагируя с молекулами озона, дают две молекулы кислорода (О2). Таким образом, количество озона в стратосфере не статично, оно представляет собой результат равновесия между этими двумя реакциями.

Сегодня известно более ста реакций, влияющих на концентрацию озона в атмосфере. Наиболее эффективным катализатором разрушения озона оказался атом хлора, возможность влияния которого на озоновый слой выявилась еще в 70-е годы прошлого столетия. А люди невольно поставляют такие атомы в стратосферу десятилетиями. Основным источником атомов хлора являются хлорфторуглероды (ХФУ или фреоны), то есть обыкновенные углеводородные молекулы, в которых некоторые атомы водорода замещены хлором и фтором.

Эти газы нашли широкое применение в промышленности. Когда-то они рассматривались как идеальные для практического применения вещества, поскольку очень стабильны и неактивны, а значит, не токсичны. Как это не парадоксально, но именно инертность этих соединений делает их врагами стратосферного озона. Инертные газы не распадаются быстро в тропосфере и проникают в стратосферу, верхняя граница которой на высоте 50 км. Когда молекулы этих веществ поднимаются до высоты примерно 25 км, где концентрация озона максимальна, они подвергаются интенсивному воздействию ультрафиолетовой радиации, которая не проникает на меньшие высоты из-за блокирующего действия озона.

Озон образуется в верхних слоях стратосферы и нижних слоях мезосферы в результате протекающих реакций:

Озон и атомарный кислород могут реагировать в кислородной атмосфере согласно реакциям:

Эти реакции образуют так называемый цикл Чепмена, являющийся одним из основных процессов разрушения озона. В этот процесс включаются и другие озоноразрушающие вещества, например, те же самые фреоны (ХФУ). Разрушаясь под действием жесткого ультрафиолета, ХФУ выделяют в стратосферу атомарный хлор, который включается в реакцию с озоном, разрушает его и восстанавливается до атомарного хлора:

Таким образом, разложение ХФУ солнечным излучением создает каталитическую цепную реакцию, согласно которой один атом хлора способен разрушить до 100 000 молекул озона.

Поскольку в атмосферу выбрасываются тонны хлорфторуглеродов, то этот процесс может привести к накоплению этих веществ в стратосфере в концентрации, достаточной для серьезных повреждений озонового экрана.

За последние годы содержание озона, поглощающего ультрафиолет, уменьшилось на 3-8 %. Слово «озоновая дыра» звучит как сигнал общественной тревоги. Абсолютный минимум содержания озона обнаружен над Санкт-Петербургом – 45 %, над Антарктидой – 50 % ниже нормы.

В соответствии с Монреальским протоколом (1987 год), к концу 1994 года было снижено производство ХФУ на 20 %, а к 1999 году - еще на 30 %. В 1990 году была достигнута договоренность о полном прекращении производства ХФУ к 2000 году.

Необходимо отметить, что в последнее время появилось множество других гипотез, объясняющих причину уменьшения озонового слоя Земли и появления озоновых дыр. Однако официально признанной версией является «фреоновая».

Кислотные осадки. Уже более ста лет кислотные осадки признаются серьезной проблемой в индустриальных и прилегающих к ним районах, но их влияние на экосистемы было отмечено только в 50-х годах XX века, когда рыбаки заметили резкое сокращение популяции рыбы во многих озерах Швеции, провинции Онтарио (Канада) и гор Адирондак (штат Нью-Йорк). В поисках причины этого были предложены разнообразные гипотезы. Шведские ученые первыми определили, что все дело в повышенной кислотности воды, и связали ее с ненормально низкими значениями рН осадков. С тех пор, по мере распространения экологического ущерба, выяснились различные пути разрушительного влияния осадков на экосистемы.

Кислотными называют любые осадки - дожди, туманы, снег, для которых водородный показатель рН < 5,6. К ним также относят выпадение из атмосферы сухих кислых частиц, иногда называемых кислотными отложениями. По существу, кислотный дождь представляет собой следствие взаимного воздействия друг на друга различных сфер Земли (атмосферы, гидросферы, литосферы, биосферы).

Установлено, что из-за углекислого газа, находящегося в атмосфере, и попавших туда естественным путем микроэлементов, осадки могут быть кислыми и без воздействия человека (рН = 5,6), то есть существует «естественный кислотный дождь». Деятельность же человека накладывается на естественный «базис». Проблема возникает из-за того, что эмиссия загрязняющих среду веществ ограничена относительно узкой территорией. Большая часть загрязняющих веществ высвобождается над наиболее загрязненными территориями Европы и Северной Америки, что составляет примерно 5 % суши. Кое-где искусственная эмиссия в 5-20 раз превышает естественную. В этих районах, простирающихся на сотни и тысячи километров, окружающая среда уже не может выдерживать дополнительных нагрузок, не изменяясь.

Химический анализ кислотных осадков показывает присутствие серной и азотной кислот. Обычно кислотность на две трети обусловлена первой из них и на одну треть - второй. Присутствие в этих формулах серы и азота показывает, что проблема связана с выбросом этих элементов в воздух.

К наиболее важным соединениям серы, находящимся в атмосфере и определяющим кислотность, относятся диоксид серы, серооксид углерода, сероуглерод, сероводород и диметилсульфид. К наиболее важным соединениям азота относятся: оксиды азота, аммиак, азотная кислота. В целом, количество естественных и искусственных выбросов соединений азота приблизительно одинаково, однако последние, так же как и выбросы соединений серы, подвергаются меньшему разбавлению и сосредотачиваются на ограниченных территориях Земли.

Согласно данным об общих объемах выбросов диоксида серы и оксидов азота из разных источников, кислотные осадки связаны в первую очередь с работой тепловых электростанций, транспорта и промышленных предприятий.

Так как кислотность осадков на две трети обусловлена диоксидом серы, а три четверти этого вещества выбрасываются в воздух топливными тепловыми электростанциями, их работой объясняется более 50 % кислотных осадков.

Влияние кислотных осадков на окружающую среду проявляется в следующем.

1. Влияние на водные экосистемы.

Значение рН среды чрезвычайно важно, так как от него зависит деятельность почти всех ферментов, гормонов и других белков, регулирующих метаболизм, рост и развитие в организмах водных живых существ.

2. Влияние на леса.

Кислотные осадки, как и озон, являются одной из важнейших причин деградации растительности, и в первую очередь лесов. Обнаружены следующие пути влияния кислотных осадков на растительность:

- нарушение их защитной поверхности при прямом контакте. Кислоты нарушают защитный восковой покров листьев, делая растения более уязвимыми для насекомых, грибов и других патогенных организмов;

- вымывание биогенов. Ионы водорода легко вытесняют ионы биогенов с частиц почвы и гумуса;

- концентрирование алюминия и других токсичных элементов. Токсичные элементы, в том числе алюминий, ртуть и свинец, могут концентрироваться при подкислении среды.

3. Влияние на людей и изделия.

Одно из наиболее ощутимых последствий кислотных осадков – разрушение произведений искусства. Известняк и мрамор – излюбленные материалы для оформления фасадов зданий и сооружения памятников. Взаимодействие кислоты и известняка приводит к их очень быстрому выветриванию и эрозии.

Памятники и здания, простоявшие сотни и даже тысячи лет лишь с незначительными изменениями, сейчас растворяются и рассыпаются в крошево.

Глобальное потепление. Световая энергия, проникающая сквозь атмосферу, поглощается поверхностью Земли, преобразуется в тепловую энергию и выделяется в виде инфракрасного излучения. Однако углекислый газ и некоторые другие газы, называемые парниковыми (метан, хлорфторуглероды, оксид азота), в отличие от других природных компонентов атмосферы вторично поглощают инфракрасное излучение земной поверхности. При этом они нагреваются и в свою очередь нагревают атмосферу в целом. Значит, чем больше в ней парниковых газов, тем больше инфракрасных лучей будет поглощено, тем теплее она станет.

Температура и климат, к которому мы привыкли, обеспечиваются концентрацией углекислого газа в атмосфере на уровне 0,03 %. При этом содержание углекислого газа в воздухе в естественных условиях (без антропогенного добавления его в атмосферу) поддерживалось на одном уровне, так как его поступление в атмосферу за счет дыхания и горения и вулканических выбросов в среднем равнялось его поглощению из атмосферы фотосинтезирующими растениями.

В настоящее время это равновесие нарушено. Интенсивно уничтожая леса и используя ископаемое топливо, человечество включило одновременно два мощнейших процесса, способствующих быстрому росту концентрации атмосферного углекислого газа. При сжигании ископаемого топлива масса выделяемого углекислого газа утраивается, поскольку каждый атом углерода топлива в процессе горения и превращения в углекислый газ присоединяет два атома кислорода. Каждый год сжигается около 2 млрд. т ископаемого топлива, значит, в атмосферу поступает почти 5,5 млрд. т углекислого газа. Еще приблизительно 1,7 млрд. т его поступает за счет сведения лесов и окисления органического вещества почвы - гумуса.

В результате концентрация углекислого газа в атмосфере, составлявшая в начале XX в. около 0,029 %, к настоящему времени достигла 0,035 %, то есть выросла на 28 %. По оценкам МГЭИК (Межправительственной группы экспертов по изменению климата) предполагается, что если не будет принято каких-либо мер по сокращению эмиссии, будет удвоение содержания СО2 к 2060годам. При этом может произойти повышение средней глобальной температуры приземной атмосферы примерно от 1,5 до 4,5 °С, что вызовет подъем уровня океана по разным оценкам от 0,3 до 1 м. Это повышение температуры будет неравномерным: в два раза ниже в тропиках и в два раза выше в высоких широтах. Значительные разногласия возникают по вопросу о том, к чему приведет это потепление. Однако саму возможность потепления никто не отрицает.

Другие парниковые газы (метан, хлорфторуглероды (ХФУ) и оксиды азота) поглощают инфракрасное излучение в 50-100 раз интенсивнее, чем углекислый газ. Следовательно, хотя их содержание в воздухе значительно ниже, они также могут значительно влиять на температурный режим планеты.

В настоящее время ожидаемыми последствиями потепления считаются:

- затопление обширных густонаселенных зон и образование миллионов экологических беженцев;

- более сильное потепление на полюсах вызовет ослабление циркуляции атмосферы, что изменит распределение осадков - увеличение их количества в Северной Африке и уменьшение - в Северной Америке;

- виды флоры и фауны не будут успевать адаптироваться к быстро меняющимся климатическим условиям;

- изменение привычного климата на климат более неустойчивый, что нанесет вред сельскому хозяйству многих стран мира и неблагоприятно скажется на здоровье населения этих стран.

В 1992 году в Рио-де-Жанейро мировое сообщество приняло Конвенцию об изменении климата. Цель - добиться такой стабилизации выброса парниковых газов, чтобы не допускалось опасного воздействия на климатическую систему. Страны договорились к 2000 году стабилизировать эмиссию парниковых газов на уровне 1990 года (по всему миру выброс углерода составлял 6 гигатонн в год). Конвенция вступила в действие в 1994 году. В 1997 году в Киото состоялась международная конференция стран-участников Конвенции ООН об изменении климата. Результаты пятилетней борьбы с парниковыми газами оказались плачевными. США планирует достичь уровня эмиссии лишь к 2008 году. Причем на долю США приходится 25 % от всего выброса углекислого газа и стабилизация его выброса обойдется в 9 млрд. долларов. В Канаде за пять лет выбросы парниковых газов увеличились на 15 %. В Японии за 1996 год эмиссия выросла на 8,3 %. Внутри Евросоюза ситуация также неоднозначна. Если в Люксембурге, Германии, Дании, Нидерландах и Великобритании выбросы уменьшились, то Португалия, Греция, Испания и Швеция, наоборот, намерены их увеличить. Китай, Индия и другие развивающиеся страны, ссылаясь на бедность, не принимали и не принимают на себя каких-либо обязательств, несмотря на то, что одной из первых от потепления может пострадать именно Индия.

Итоговый протокол зафиксировал обязательства стран ЕС сократить к 2010 году выбросы на 8 % по сравнению с 1990 годом. США оговорили для себя рубеж в 7 % и Япония - в 6 %. В США сразу же охарактеризовали данное обязательство как политически неприемлемое, угрожающее национальной безопасности.

Одним из механизмов выполнения обязательств по сокращению эмиссии парниковых газов может стать предложенная США международная система торговли квотами. Предприятия и компании, не имеющие технологической возможности уменьшить выбросы, в этом случае могли бы покупать неиспользованные разрешения на выброс у организаций, перевыполнивших свои обязательства.

Таким образом, антропогенная деятельность привела к разнообразным, сложным проблемам экологического характера.

4. ТЕПЛОВОЕ, ШУМОВОЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ

ЗАГРЯЗНЕНИЙ АТМОСФЕРЫ

Кроме описанных ранее загрязнений в промышленных центрах и крупных городах атмосфера подвергается тепловому загрязнению в связи с тем, что в воздух поступают вещества с более высокой температурой, чем окружающий воздух. Температура выбросов обычно выше средней многолетней температуры приземного слоя воздуха. Из труб промышленных предприятий, из выхлопных труб двигателей внутреннего сгорания, из труб отопительных систем домов, при лесных пожарах выделяются вещества, нагретые до 60 °С и более.

Среднегодовая температура атмосферного воздуха над крупными городами и промышленными центрами на 6-7 °С выше температуры воздуха прилегающих территорий. Специалисты отмечают, что в последние 25 лет средняя температура тропосферы поднялась на 0,7 °С.

Шум стал фактором социального значения. Слабые шумы до 30 децибел (шелест листвы, тихая музыка, шум прибоя) действуют на человека успокаивающе, тогда как шум в 90-120 децибел (автотранспорт, метро, реактивный самолет, пневматический молоток, музыка на дискотеках) воспринимается как грохот. Такие шумы раздражают, разрушают нервные клетки, приводят к возникновению опасных психических заболеваний. Длительное воздействие шума приводит к расстройству и потере слуха, вызывает патологические изменения в вегетативной нервной системе, расстройство периферического кровообращения, гипертонию. Шум в 80 децибел снижает работоспособность, увеличивает колебания артериального давления, резко ухудшает ориентацию в пространстве и восприятие происходящего. Допустимые верхние пределы шума в России составляют: для больничных палат и санаториев - 35 децибел, жилых квартир, учебных заведений, аудиторий - 40 децибел, стадионов и вокзалов - 60 децибел.

Ограничительные нормы внешнего шума для транспортных средств - 80-85 децибел. Они, к сожалению, не соблюдаются в метро, где шум отходящего состава достигает 100-110 децибел.

Не следует игнорировать своеобразную электромагнитную форму загрязнения атмосферного воздуха. Отрицательное воздействие электромагнитных полей на человека и на те или иные компоненты экосистем прямо пропорционально мощности поля и времени облучения. Неблагоприятное воздействие электромагнитного поля, создаваемого ЛЭП, проявляется уже при напряженности поля, равной 1000 В/м. У человека нарушаются эндокринная система, обменные процессы, функции головного и спинного мозга и другое.

Воздействие неионизирующих электромагнитных излучений от радиотелевизионных и радиолокационных станций на среду обитания человека связано с формированием высокочастотной энергии. Японскими учеными обнаружено, что в районах, расположенных вблизи мощных излучающих теле- и радиоантенн, заметно повышается заболевание катарактой глаз. Медико-биологическое негативное воздействие электромагнитных излучений возрастает с повышением частоты, т. е. с уменьшением длины волн.

В целом можно отметить, что неионизирующие электромагнитные излучения радиодиапазона от радиотелевизионных средств связи, радиолокаторов и других объектов приводят к значительным нарушениям физиологических функций человека и животных.

5. НОРМИРОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО

ВОЗДУХА

В нашей стране впервые были разработаны и внедрены с 1939 года в практику природоохранной деятельности нормативы предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ в воздухе населенных пунктов исходя из гигиенических требований. В действующие нормативы включены более различных веществ, которые могут содержаться в продуктах питания, воздухе, почве, воде.

ПДК – максимальная концентрация примеси в атмосфере, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает вредного воздействия на него, включая отдаленные последствия, а также на окружающую среду. Эта величина обоснована клиническими и санитарно-гигиеническими исследованиями и носит законодательный характер.

В Российской Федерации, как правило, ПДК соответствуют самым низким значениям, которые рекомендованы ВОЗ. Устанавливаются два значения норматива: максимальная разовая в пределах 20-30 мин и среднесуточная величина ПДК. Для основных загрязнителей эти величины равны в мг/м3: N02- 0, (0,085); SO2- 0,3 (0,005); Cl - 0,1 (0,03); СО - 3,0 (1,0), сажа - 0,15 (0,05). Максимальная разовая ПДК не должна приводить к неприятным рефлекторным реакциям человеческого организма (насморк, неприятный запах и прочее), а среднесуточная - к токсичному, канцерогенному и мутагенному воздействию.

Для регулирования выбросов вредных веществ в биосферу используются индивидуальные для каждого вещества и предприятия нормы предельно допустимых выбросов (ПДВ), которые учитывают количество источников, высоту их расположения, распределение выбросов во времени и пространстве и другие факторы и предусмотрены ГОСТ 17.2.3.02-78.

ПДВ - предельное количество вредного вещества, разрешаемое к выбросу от данного источника, которое не создает приземную концентрацию, опасную для людей, животного и растительного мира.

Значения ПДВ (г/с) для продуктов сгорания рассчитываются по следующим формулам.

Для нагретого выброса:

Для холодного выброса:

Для нескольких источников выбросов:

Н- высота источника выброса над поверхностью, м;

Т - разность температур выбрасываемых газов и воздуха, °С;

А- коэффициент, зависящий от температурного градиента атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ;

F - коэффициент скорости оседания вредных веществ в воздухе;

m и n - коэффициенты, учитывающие условия выхода газовой смеси из устья источника;

D - диаметр устья источника;

Vc - суммарный объемный расход газовой смеси, м3/с;

V1, V2,... Vn - объемные расходы газа, выбрасываемого каждым источником, м3/с.

Методика расчета ПДВ изложена в Методическом пособии по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от 24.12.2004 № 14-01-333 и Инструкции по нормированию выбросов (сбросов) загрязняющих веществ в атмосферу и водные объекты от 11.09.1989.

При расчете учитываются фоновые концентрации вредных веществ в воздухе Сф (фоновое значение) и концентрации от источников загрязнений С, сумма которых должна быть меньше или равна ПДК, то есть При совместном присутствии в воздухе нескольких веществ со своими значениями ПДК, с концентрацией Сi ( i = 1, 2, 3...n) их суммарная концентрация должна удовлетворять следующему условию:

Таким образом, основной фактор, влияющий на ПДВ – высота трубы Н (рисунок 1), на выходе из которой концентрация вредного вещества равна CTPi.

Она при высокой трубе Н1 на уровне приземного слоя Нпс может снизиться до С1, а для низкой трубы Н2 – лишь до С2. Отсюда и разница в назначаемых ПДВ.

Упрощенная иллюстрация не дает ответа на вопрос: на каком расстоянии от трубы происходит максимальная концентрация вредного вещества в приземном слое? Ответ может быть получен с помощью специальных расчетов. Но для прикидок принимают величину (10-50) Н.

Рисунок 1- Зависимость рассеивания выбросов от высоты трубы Кроме того, чем легче частицы, меньше вертикальное перемешивание слоев, ровнее местность, больше температура газов (или скорость их выброса), тем больше ПДВ.

Величина выбросов сильно различается в зависимости от вредности вещества. Например, при прочих равных условиях величина выбросов окиси углерода СО (ПДКмр равна 5 мг/м3) будет больше в десять раз (если не учитывать фоновую концентрацию Сф), чем для пыли и сернистого ангидрида (ПДКмр составляет 0,5 мг/м3). Наконец, если в данном месте уже достигнута фоновая концентрация Сф, равная ПДКмр, то любые дополнительные выбросы недопустимы до улучшения ситуации. В Государственном докладе РФ «О состоянии окружающей природной среды», публикуемом ежегодно с 1991 года, приводится список населенных пунктов, для которых систематическое превышение ПДК в приземном слое атмосферы по основным вредным веществам является стабильным фактом. В числе них Москва, Ростов-на-Дону, Новочеркасск и ряд других. В ряде случаев оценка ПДВ для передвижных источников выбросов производится, как и для стационарных. Так оцениваются, например, выбросы магистральных и маневровых тепловозов в районе железнодорожных станций и узлов. Однако для автомобилей кроме ПДВ, определяемых на специальных испытаниях (они имеют значение прежде всего для данной марки автомобиля как сдаточные нормативы), устанавливают пределы пробеговых выбросов в граммах на километр пути (или на стоянке - на единицу времени холостого хода).

Для дизельных автомобилей эти нормативы приводятся в граммах на киловаттчас. Несмотря на то, что они достаточно часто изменяются, можно констатировать их очень большую величину в сравнении с допустимыми пределами в других развитых странах. Например, пробеговые выбросы окислов азота в Японии для «крейсерских» режимов основных легковых автомобилей составляют около 0,25 г/км, в Швейцарии -1,2 г/км, у нас - на порядок больше. По окиси углерода норма для автомобилей в Швейцарии - 9,3 г/км, у нас же для современных моделей - 15 г/км. Имея самые жесткие требования по ПДК, Россия пока не всегда может технологически и законодательно подкрепить их соответствующими требованиями к выбросам.

6. МЕРЫ ПО ОХРАНЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Основные пути снижения и полной ликвидации загрязнения атмосферы следующие: разработка и внедрение очистных фильтров, применение экологически безопасных источников энергии, безотходной технологии производства, борьба с выхлопными газами автомобилей, озеленение, архитектурнопланировочные мероприятия, установление санитарно-защитных зон.

Очистные фильтры являются основным средством борьбы с промышленным загрязнением атмосферы. Очистка выбросов в атмосферу осуществляется путем пропускания их через различные фильтры (механические, электрические, магнитные, звуковые и другие), воду и химически активные жидкости.

Все они предназначены для улавливания пыли, паров и газов.

Эффективность работы очистных сооружений различна и зависит как от физико-химических свойств загрязнителей, так и от совершенства применяемых методов и аппаратов. При грубой очистке выбросов устраняется от 70 до 84 % загрязнителей, средней очистке - до 95-98 % и тонкой – до 99 % и выше.

Очистка промышленных отходов не только предохраняет атмосферу от загрязнений, но и дает дополнительное сырье и прибыли предприятиям. Улавливание серы из газовых отходов Магнитогорского комбината обеспечивает санитарную очистку и получение дополнительно многих тысяч тонн дешевой серной кислоты. На Ангарском цементном заводе очистными сооружениями улавливается до 98 % выбросов цементной пыли, а фильтрами одного алюминиевого завода - 98 % ранее терявшегося фтора, что дает 300 тыс. долларов прибыли в год.

Решить проблему охраны атмосферы только при помощи очистных сооружений невозможно. Необходимо применение комплекса мероприятий, и прежде всего, внедрение безотходных технологий.

Безотходная технология эффективна в том случае, если она строится по аналогии с процессами, происходящими в биосфере: отходы одного звена в экосистеме используются другими звеньями. Цикличное безотходное производство, сопоставимое с циклическими процессами в биосфере - это будущее промышленности, идеальный путь сохранения чистоты окружающей среды.

Один из способов предохранения атмосферы от загрязнения - переход на использование новых экологически безопасных источников энергии. Например, строительство станций, использующих энергию приливов и отливов, использование гелиоустановок и ветряных двигателей. В 1980-е годы перспективным источником энергии считались атомные электростанции (АЭС). После Чернобыльской катастрофы число сторонников более широкого использования атомной энергии уменьшилось. Эта авария показала, что атомные источники энергии требуют повышенного внимания к системам их безопасности. Альтернативным источником энергии академик А.Л.Яншин, например, считает газ, которого в России в перспективе можно добывать около 300 трлн. м3/год.

В качестве частных решений защиты воздуха от выхлопных газов автомобилей можно указать на установку фильтров и дожигающих устройств, замену добавок, содержащих свинец, организацию движения транспорта, которая уменьшит и исключит частую смену режимов работы двигателей (дорожные развязки, расширение дорожного полотна, строительство переходов и так далее). Кардинально проблема может быть решена при замене двигателей внутреннего сгорания на электрические. Для уменьшения токсических веществ в выхлопных газах автомобилей предлагается замена бензина другими видами горючего, например смесью различных спиртов. Перспективны газобаллонные автомобили.

Озеленение городов и промышленных центров: зеленые насаждения за счет фотосинтеза освобождают воздух от диоксида углерода и обогащают его кислородом. На листьях деревьев и кустарников оседает до 72 % взвешенных частиц пыли и до 60 % диоксида серы. Поэтому в парках, скверах и садах в воздухе содержится пыли в десятки раз меньше, чем на открытых улицах и площадях. Многие виды деревьев и кустарников выделяют фитонциды, убивающие бактерии. Зеленые насаждения в значительной мере регулируют микроклимат города, «гасят» городской шум, приносящий огромный вред здоровью людей.

Для поддержания чистоты воздуха большое значение имеет планировка города. Фабрики и заводы, транспортные магистрали должны отделяться от жилых кварталов буферной зоной, состоящей из зеленых насаждений. Необходимо учитывать направление основных ветров (розу ветров), рельеф местности и наличие водоемов, располагать жилые кварталы с подветренной стороны и на возвышенных участках. Промышленные зоны лучше размещать вдали от жилых кварталов или за пределами города.

Правовая охрана атмосферы - реализация конституционных прав населения и норм в экологической сфере привела к существенному расширению базы законодательного регулирования в области охраны атмосферного воздуха.

Основными законодательными и иными нормативными правовыми актами, регламентирующими вопросы природоохранной деятельности, служат следующие.

* Закон об охране окружающей среды (10 января 2002 года). Базовый закон природоохранного законодательства.

* Закон об охране атмосферного воздуха (2 апреля 1999 года). Его задачами являются регулирование общественных отношений в этой области в целях сохранения в чистоте и улучшения состояния атмосферного воздуха, предотвращения и снижения вредных химических, физических, биологических и иных воздействий на атмосферу.

* Воздушный кодекс Российской Федерации (19 февраля 1997 года). В нем особые требования предъявляются к состоянию полетной техники, регулированию работы двигателей для снижения загрязнения атмосферы.

*Федеральный закон «Об уничтожении химического оружия» (25 апреля 1997 года) устанавливает правовые основы проведения комплекса работ по обеспечению защиты окружающей среды.

*Уголовный кодекс (24 июля 2007 года) имеет ряд статей, касающихся атомной промышленности, содержит определение «экологические преступления».

*Федеральный закон «О радиационной безопасности населения» (9 января 1996 года). В целях его реализации Правительством РФ был принят ряд постановлений, которые касаются правил размещения радиоактивных веществ и радиоактивных отходов, их хранения и перевозки.

*Федеральный закон «Об использовании атомной энергии»

(20 октября 1995 года; в феврале 1997 года были внесены изменения и дополнения).

*В Госкомэкологии России рассмотрено и утверждено несколько нормативно-правовых документов, касающихся охраны атмосферы, в частности по методике расчета выбросов в атмосферу загрязняющих веществ.

*ГОСТ (1986 года) «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов».

7. ТЕХНИКА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ И

ГАЗООБРАЗНЫХ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ ИЗ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Пылеулавливающее оборудование может быть классифицировано по следующим признакам: назначению, способу очистки, методу очистки, эффективности, размеру эффективно улавливаемой пыли.

По назначению различают:

- воздушные фильтры - оборудование, используемое для очистки от взвешенных веществ в воздухе, подаваемом в помещение;

- пылеуловители - оборудование, используемое для очистки выбросов от взвешенных веществ.

По способу действия существует несколько классификаций.

Пылеуловители разделяют на две группы: оборудование, где улавливание происходит мокрым способом, и оборудование, где улавливание происходит сухим способом.

В зависимости от размера эффективно улавливаемых частиц пыли пылеуловители разбиты на 5 классов (Таблица 2).

По методам очистки - все пылеуловители можно разбить на четыре группы.

1. Сухая механическая газоочистка - разделение газовых взвесей воз действием внешней механической силы на частицу, взвешенную в газе.

2. Мокрая газоочистка - промывка загрязненного газа жидкостью (чаще водой), поглощающей взвешенные в газе частицы.

3. Фильтрация газа через пористые перегородки, задерживающие взвешенные в газе частицы.

4. Электрическая очистка газа - осаждение взвешенных в газе частиц в электрическом поле.

К сухим механическим пылеуловителям относятся аппараты, использующие различные механизмы осаждения: гравитационный (пылеосадительные камеры), инерционный (инерционные пылеуловители) и центробежный (одиночные, групповые и батарейные циклоны, вихревые и динамические пылеуловители).

Таблица 2 – Классификация пылеуловителей по дисперсности очищаемой пыли Пылеосадительные камеры являются простейшими пылеулавливающими устройствами, применяемыми для предварительной очистки газов. Принцип работы пылеосадительной камеры основан на использовании действующей на частицы пыли силы тяжести. Приемлемая эффективность достигается при длительном нахождении частиц в пылеосадительной камере. Поэтому пылеосадительные камеры, рассчитанные на осаждение даже относительно крупных частиц, весьма громоздки. Материалом для их постройки являются кирпич или сборный железобетон, реже сталь или дерево.

Осадительные камеры используются для осаждения пыли из горизонтальных и вертикальных газовых потоков.

В горизонтальных пылеосадительных камерах для повышения их эффективности устраивают цепные или проволочные завесы и отклоняющие перегородки. Это позволяет дополнительно к гравитационному использовать эффект инерционного осаждения частиц при обтекании потоком газов различных препятствий. Эффективность работы в значительной мере зависит от того, насколько равномерно распределен поток. Для этой цели камеры оборудуют газораспределительными решетками.

В вертикальных осадительных камерах осаждаются частицы, скорость осаждения которых выше скорости газового потока. Диаметр осадительной камеры обычно в 2,5 раза больше диаметра дымовой трубы, и соответственно скорости газов в камере в 6,25 раз меньше, чем в трубе. Такое соотношение размеров трубы и осадительного устройства позволяет при скорости газов в дымовой трубе 1,5-2,0 м/с осаждать частицы размером 200-400 мкм.

Инерционные пылеуловители. Действие инерционных пылеуловителей основано на резком изменении направления движения газопылевого потока.

Частицы по инерции движутся в первоначальном направлении и попадают в сборный бункер, а очищенный от крупных частиц пылегазовый поток выходит из пылеуловителя.

В подобных пылеуловителях скорость газов в свободном сечении составляет примерно 1 м/с. При этом частицы крупнее 20-30 мкм улавливаются на 60Точное значение зависит от многих факторов: дисперсности пыли и других ее свойств, скорости потока, конструкции аппарата и др. Гидравлическое сопротивление подобного пылеуловителя составляет 150-400 Па. Инерционные пылеуловители применяют обычно на первой степени очистки с последующим обеспыливанием воздуха в более совершенных аппаратах.

Циклоны. Выделение пыли в циклонах происходит под действием центробежных сил, возникающих в результате вращения газового потока в корпусе аппарата. Сушествует огромное многообразие конструкций циклонов [1].

В промышленной практике принято разделять циклоны на высокоэффективные и высокопроизводительные. Аппараты первого типа отличаются более высокой эффективностью очистки, но требуют больших затрат на осуществление процесса. Циклоны второго типа имеют небольшое гидравлическое сопротивление, отличаются большой производительностью, но хуже улавливают мелкие частицы.

Применяют циклоны правые (вращение потока запыленного воздуха по часовой стрелке, если смотреть сверху) и левые (вращение против часовой стрелки).

По форме циклоны подразделяют на цилиндрические (высота цилиндрической части больше высоты конической части) и конические (высота цилиндрической части меньше высоты конической части).

Циклоны различаются по способу подвода газов в аппарат, который может быть спиральным тангенциальным обычным и винтообразным, а также осевым [1].

Преимущества циклонов перед другими аппаратами:

- отсутствие движущихся частей;

- надежная работа при температуре до 500 °С без конструктивных изменений;

- пыль улавливается в сухом виде;

- возможность работы при высоких давлениях;

- стабильная величина гидравлического сопротивления;

- простота изготовления и возможность ремонта;

- повышение концентрации не приводит к снижению фракционной эффективности аппарата.

Недостатки:

- относительно высокое гидравлическое сопротивление (1200-1500 Па) высокоэффективных циклонов;

- низкая эффективность при улавливании пыли размером меньше 5 мкм.

Вихревые пылеуловители. Основным отличием вихревых пылеуловителей от циклонов является наличие вспомогательного закручивающего газового потока. Существует две основные разновидности вихревых пылеуловителей: соплового типа и лопаточного типа [1].

По сравнению с противоточными циклонами вихревые пылеуловители имеют следующие преимущества: более высокую степень очистки от высокодисперсной пыли; отсутствие абразивного износа активных частей аппарата;

возможность обеспыливания газов с более высокой температурой за счет использования вторичного воздуха; возможность регулирования процесса сепарации пыли за счет регулирования расхода вторичного воздуха.

К недостаткам вихревых пылеуловителей можно отнести: необходимость дополнительного вентилятора; увеличение за счет вторичного газа общего объема газов, проходящих через аппарат; сложную эксплуатацию аппарата.

Вихревые пылеуловители могут применяться для очистки вентиляционных и технологических выбросов от мелкодисперсной пыли в химической, нефтехимической, пищевой, горнорудной и других отраслях промышленности.

За рубежом вихревые пылеуловители выпускаются производительностью от 330 до 30 000 м3/ч. В отечественных конструкциях обеспечивается более низкое гидравлическое сопротивление и более низкая доля вторичного воздуха по сравнению с зарубежными аппаратами.

Для ориентировочной оценки эффективности улавливания частиц различного диаметра можно воспользоваться приведенными ниже данными:

Данные об использовании вихревых пылеуловителей в химической промышленности представлены ниже (Таблица 3).

Таблица 3 – Использование вихревых пылеуловителей в химической промышленности Динамические пылеуловители. В динамических (ротационных) пылеуловителях, кроме центробежных сил, на пылевые частицы оказывает воздействие сила Кориолиса. Основная особенность динамических пылеуловителей - совмещение функций побудителя движения воздуха и пылеуловителя.

Благодаря этому аппарат более компактен и потребляет меньше энергии, чем вентилятор и пылеулавливающее устройство.

Простейшие пылеуловители ротационного действия представляют собой механизм, состоящий из рабочего колеса и кожуха (пылеприемника). Пылегазовый поток приводится во вращательное движение рабочим колесом, при этом под действием развивающихся сил (центробежной и Кориолиса) из очищаемого газа выделяется пыль.

Эксплуатационный опыт показывает, что динамические пылеуловители обеспечивают высокую степень очистки при улавливании частиц размером более 10 мкм.

Существующие конструкции ротационных пылеуловителей подразделяют на две группы. В аппаратах первой группы (наиболее многочисленной) отделяемые частицы имеют направление движения, совпадающее с направлением газа. В аппаратах второй группы улавливаемые частицы выделяются из потока в направлении, противоположном движению газа.

Фильтры. Фильтрующие аппараты относятся к наиболее эффективным пылеулавливающим устройствам.

Преимущества фильтров:

- более высокая степень очистки газов от взвешенных частиц, чем в газоочистных аппаратах других типов (фильтры обеспечивают практически полное улавливание частиц всех размеров, включая субмикронные);

- возможность улавливания частиц при любом давлении газов;

- высокая степень очистки при любых концентрациях взвешенныхчастиц в газах;

- возможность очистки газов, нагретых до высокой температуры;

- использование химически стойких материалов;

- возможность полной автоматизации процесса очистки газов;

- стабильность процесса очистки и меньшая зависимость от изменения физико-химических свойств улавливаемых частиц и расходагазов, чем при использовании других способов;

- простота эксплуатации.

Недостатки:

- необходимость периодической замены некоторых фильтрующих перегородок;

- сравнительно высокий расход энергии при использовании отдельных видов пористых фильтров;

- громоздкость установок с фильтрами (особенно при большом объем ном расходе очищаемых газов);

- относительная сложность эксплуатации.

Применяемые в современных аппаратах фильтрующие пористые перегородки по своей структуре весьма разнообразны, но в большинстве своем они состоят из волокнистых или зернистых элементов, которые условно могут быть разделены на следующие типы.

Гибкие пористые перегородки: тканевые материалы из природных, синтетических и минеральных волокон; нетканевые волокнистые материалы (войлоки, клееные и иглопробивные материалы, бумага, картон, волокнистые маты); ячеистые (губчатая резина, пенополиуретан, мембранные фильтры).

Полужесткие пористые перегородки: слои волокон, стружка, вязаные сетки, расположенные на опорных устройствах или зажатые между ними.

Жесткие пористые перегородки: пористая керамика и пластмасса, спеченные или спрессованные порошки металлов (металлокерамика), пористые стекла, углеграфитовые материалы и другие; волокнистые материалы сформированные слои из стеклянных и металлических волокон; металлические сетки и перфорированные листы.

Зернистые слои: неподвижные, свободно насыпанные материалы; периодически или непрерывно перемещающиеся материалы.

В зависимости от назначения и допустимой пылевой нагрузки современные фильтры условно разделяются на три класса.

Воздушные фильтры предназначены для обеспыливания атмосферного воздуха в системах приточной вентиляции; кондиционирования и воздушного отопления производственных, служебных и общественных зданий; подачи воздуха на технологические нужды; подстанций агрегатов питания электрофильтров. Разработано много конструкций и фильтрующих элементов, классификация которых приведена в таблице 4.

Таблица 4 - Классификация воздушных фильтров Абсолютные фильтры предназначены для улавливания с очень высокой эффективностью (обычно выше 99 %) в основном субмикронных частиц из промышленных газов и воздуха при низкой входной концентрации (менее мг/м3). Такие фильтры применяют для улавливания особо токсичных веществ, а также для ультратонкой очистки при проведении некоторых технологических процессов или в особо чистых помещениях, где воздух служит рабочей средой.

Промышленные фильтры применяются для очистки промышленных газов в основном с высокой концентрацией дисперсной фазы (до 60 г/м3), Для периодического или непрерывного удаления накапливающейся в фильтрующей перегородке пыли, фильтры этого класса имеют устройство для регенерации, позволяющие поддерживать производительность на заданном уровне и возвращать ценные продукты в производство; фильтры этого класса нередко являются составной частью технологического оборудования.

Мокрые пылеуловители. Процесс мокрого пылеулавливания основан на контакте запыленного I газового потока с жидкостью, которая захватывает взвешенные частицы и I уносит их из аппарата в виде шлама. Метод мокрой очистки от пыли считается достаточно простым и в то же время эффективным способом обеспыливания.

При современном уровне развития техники пылеулавливания наметилась тенденция применения сухих пылеуловителей, однако в ряде случаев мокрые пылеуловители конкурируют с такими высокоэффективными аппаратами, как рукавные фильтры и электрофильтры.

Преимущества мокрых пылеуловителей перед аппаратами других типов:

- сравнительно небольшая стоимость (без учета шламового хозяйства) и более высокая эффективность улавливания частиц по сравнению с сухими механическими пылеуловителями;

- применение для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм;

- охлаждение и увлажнение (кондиционирование) газов;

- возможность применения для очистки высокотемпературных газовых потоков;

- возможность одновременной очистки от пыли и от газообразных вредных веществ, то есть использование в качестве абсорберов.

К недостаткам пылеуловителей относятся:

- улавливаемый мокрыми пылеуловителями продукт выделяется в виде шлама, что связано с необходимостью обработки сточных вод;

- потери жидкости вследствие брызгоуноса;

- необходимость антикоррозионной защиты оборудования при фильтрации агрессивных газов и смесей.

В мокрых пылеуловителях в качестве орошающей жидкости чаще всего применяется вода. При решении вопросов пылеулавливания и химической очистки газов выбор орошающей жидкости (абсорбента) обусловливается процессом абсорбции.

Общепринятой классификации мокрых пылеуловителей в настоящее время не существует. Обычно они классифицируются на группы в зависимости от поверхности контакта или по способу действия:

- полые газопромыватели;

- насадочные скрубберы;

- тарельчатые газопромыватели;

- газопромыватели с подвижной насадкой;

- мокрые аппараты ударно-инерционного действия;

- мокрые аппараты центробежного действия;

- механические газопромыватели;

- скоростные газопромыватели.

Помимо перечисленных групп к мокрым пылеуловителям в какой-то степени могут быть отнесены мокрые электрофильтры, орошаемые волокнистые фильтры и аппараты конденсационного действия.

Иногда мокрые пылеуловители подразделяют по затратам энергии на низконапорные, средненапорные и высоконапорные. К низконапорным аппаратам относятся пылеуловители, гидравлическое сопротивление которых не превышает 1500 Па. В эту группу входят полые скрубберы, барботеры, мокрые центробежные аппараты и другие. К средненапорным мокрым пылеуловителям с гидравлическим сопротивлением от 1500 до 3000 Па относятся некоторые динамические скрубберы - газопромыватели ударно-инерционного действия.

Группа высоконапорных газопромывателей с гидравлическим сопротивлением больше 3000 Па включает в основном скрубберы Вентури [1].

Электрофильтры. Электрофильтр представляет собой аппарат с вертикальным и горизонтальным движением газового потока, в котором размещены осадительные и коронирующие электроды. Осадительные электроды заземлены, а к коронирующим подводится выпрямленный электрический ток высокого напряжения от преобразовательной подстанции.

Между двумя осадительными плоскостями натянут ряд проводов. В пространство между плоскостями поступает запыленный газ. В поле коронного разряда частицы заряжаются и движутся к осадительным плоскостям, с которых они периодически удаляются.

Процесс очистки газов в электрофильтре можно разделить на стадии: зарядка взвешенных частиц в поле коронного разряда, движения заряженных частиц к электродам, осаждение частиц на электродах, удаление осажденных частиц с поверхности электродов.

Преимущества электрических фильтров:

- низкие энергозатраты (0,1-0,5 кВ-ч) на 1000 м3 газов;

- высокая степень очистки газов - до 99 % и выше при улавливании частиц любых размеров;

- низкое газодинамическое сопротивление (100-150 Па);

- возможность работы в агрессивных средах;

- возможность очистки высокотемпературных газов;

- возможность полной автоматизации; процессы регулирования напряжения, удаление с электродов уловленных частиц и выгрузкипыли в электрофильтрах могут быть полностью механизированы и автоматизированы;

- широкий диапазон применения;

- возможность очистки как от твердых, так и от жидких частиц.

Однако удельные капитальные затраты для установок электрической очистки газов возрастают с уменьшением их единичной производительности. По этим соображениям сухие электрофильтры применяют, если количество очищаемых газов более 80-100 тыс. м3/ч.

Мокрые электрофильтры применяют и для очистки меньших количеств газов, особенно при очистке вентиляционного воздуха от жидких частиц, когда напряжение, подаваемое на электроды, не превышает 10-15 кВ.

Недостатки электрических фильтров:

- высокая чувствительность процесса фильтрации к отклонениям от заданных параметров технологического режима и к механическим дефектам в активной зоне аппаратов;

- высокая требовательность к уровню обслуживания;

- невозможность очистки от взрывоопасной пыли.

Конструкция электрофильтра в основном определяется технологическими условиями его работы: составом и свойствами очищаемых газов и частиц пыли, температурой, давлением и влажностью газов, требуемой степенью очистки и другими факторами.

Электрофильтры разделяются на однозонные и двухзонные аппараты. В однозонных электрофильтрах зарядка и осаждение частиц пыли производится в одной конструктивной зоне электродов, а в двухзонных аппаратах зарядка и осаждение пыли происходит в двух последовательных зонах - ионизаторе и осадителе. Двухзонные электрофильтры применяются в основном для очистки вентиляционного воздуха, а однозонные аппараты получили широкое применение для улавливания пыли почти во всех отраслях промышленности.

В зависимости от количества последовательно расположенных электрических полей электрофильтры подразделяются на однопольные и многопольные, а в зависимости от числа параллельных аппаратов - на одно- и многосекционные. В зависимости от направления газового потока в активной зоне аппарата электрофильтры подразделяются на горизонтальные и вертикальные.

По конструкции осадительных электродов электрофильтры подразделяются на пластинчатые и трубчатые. В пластинчатых электрофильтрах осадительные электроды выполняются в виде параллельных поверхностей, набираемых из пластин определенного сечения, а в трубчатых электрофильтрах осадительные электроды выполнены в виде труб круглого, овального или шестигранного сечения. Более полную информацию можно получить из [1].

Для удаления газовых компонентов из атмосферного воздуха используют четыре метода:

- абсорбция газов жидкостью;

- адсорбция на поверхности твердого вещества;

- каталитическая очистка;

- термическое обезвреживание.

Абсорбционная очистка основана на способности жидкостей растворять газы или химически взаимодействовать с ними. При абсорбции происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую, при десорбции, наоборот, из жидкой в газовую фазу. Вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорбции переходит в жидкую фазу, называют абсорбционным компонентом, или абсорбтивом. Вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорбции не переходит в жидкую фазу, называют газом-носителем. Вещество, в котором происходит растворение абсорбируемых компонентов, называют абсорбентом.

В отличие от абсорбируемых компонентов остальную часть газового потока обычно называют инертным газом.

Различают физическую и химическую абсорбцию (хемосорбцию).

При физической абсорбции происходит физическое растворение абсорбируемого компонента в растворителе, которое не сопровождается химической реакцией. Абсорбция происходит в том случае, если парциальное давление абсорбируемого компонента в газовой фазе больше равновесного парциального давления над данным раствором. Для многократного использования поглотитель подвергают регенерации, при этом извлекают из него абсорбированный компонент.

При химической абсорбции абсорбируемый компонент вступает в химическую реакцию с поглотителем, образуя новые химические соединения в жидкой фазе. Здесь возможны два варианта - протекание обратимой и необратимой реакций. Хемосорбционные процессы обеспечивают более полное извлечение компонентов из газовых смесей. Регенерацию поглотительных растворов, получаемых при протекание обратимых хемосорбционных процессов, проводят теми же методами, что и при физической абсорбции. Регенерацию поглотительных растворов, получаемых в необратимых хемосорбционных процессах, осуществляют химическими методами.

Количество газов, которое может раствориться в жидкости, зависит от свойств газов и жидкости, а также от условий растворения: температуры жидкости и парциального давления газа над жидкостью. При абсорбции происходит передача массы абсорбируемого компонента (массопередача) от газа к жидкости.

Адсорбционная очистка газов. Поглощаемое из газовой фазы вещество в процессе адсорбции называется адсорбтивом, а твердое вещество, на поверхности которого или в порах которого происходит адсорбция поглощаемого вещества, называется адсорбентом. Газовая фаза, в которой находится извлекаемый компонент, называется газом-носителем, 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.

Процесс перехода молекул адсорбтива из газа-носителя на поверхностный слой адсорбента происходит в том случае, если силы притяжения адсорбента превосходят силы притяжения, действующие на адсорбтив со стороны газаносителя.

Молекулы адсорбированного вещества, переходя на поверхность адсорбента, уменьшают его энергию, в результате чего происходит выделение теплоты. Теплота физической адсорбции сравнительно невелика и составляет до кДж/моль.

Силы притяжения адсорбента могут иметь различную природу - физическую или химическую. В соответствии с этим различают физическую и химическую адсорбцию.

При физической адсорбции взаимодействие молекул с поверхностью адсорбента определяется сравнительно слабыми дисперсными, индукционными и ориентационными силами. При этом адсорбированные молекулы не вступают с молекулами адсорбента в химическое взаимодействие и сохраняют свою индивидуальность. Для физической адсорбции характерна высокая скорость, малая прочность связи между поверхностью адсорбента и адсорбтивом и малая теплота адсорбции. С повышением температуры количество физически адсорбированного вещества уменьшается, а увеличение давления приводит к возрастанию величины адсорбции.

Преимуществом физической адсорбции является легкая обратимость процесса. При уменьшении давления адсорбента в газовой смеси либо при увеличении температуры адсорбируемые молекулы легко десорбируются без изменения химического состава, а регенерированный адсорбент может использоваться многократно.

Высокая скорость физической адсорбции и способность адсорбентов к регенерации позволяют вести процесс циклично в условиях обратимости, то есть с чередованием стадий поглощения и выделения извлекаемых компонентов.

В основе химической адсорбции лежит химическое взаимодействие между адсорбентом и адсорбируемым веществом. Действующие при этом силы значительно больше, чем при физической адсорбции, а высвобождающееся при этом тепло совпадает с теплом химической реакции. Как правило, оно колеблется от 20 до 400 кДж/моль. Из-за такой большой теплоты адсорбции энергия связи хемосорбируемых молекул сильно отличается от энергии связи этих же молекул в потоке газа. Соответственно и энергия, необходимая для того, чтобы хемосорбированная молекула прореагировала с молекулой другого сорта, может быть существенно меньше, чем энергия, необходимая для реакции этих же молекул в газовой фазе. Этим объясняется тот факт, что адсорбированная на поверхности твердого тела молекула легче вступает в химическую реакцию с другими молекулами. Существует и другое важное отличие химической адсорбции: молекулы адсорбтива, вступив в химическое взаимодействие, прочно удерживаются на поверхности и в порах адсорбента. Характерной особенностью химической адсорбции является и то, что скорость ее при низких температурах мала и возрастает с ростом температуры.

Адсорбция газов происходит в несколько стадий. Первой стадией является перенос молекул газа к внешней поверхности твердого вещества, и эта стадия аналогична диффузии молекул газа через стационарный слой к границе раздела фаз газ - жидкость при адсорбции. Вторая стадия адсорбции заключается в том, что молекулы газа проникают в поры твердого вещества, третьей стадией является собственно адсорбция молекулы в определенной области поры.

Собственно адсорбция в порах протекает очень быстро по сравнению с двумя первыми стадиями.

Каталитическая очистка газов основана на гетерогенном катализе и служит для превращения примесей в безвредные соединения. Процесс протекает на поверхности твердых тел - катализаторов. В настоящее время вопрос о том, какие реакции и в присутствии каких веществ могут возбуждаться, остается решенным неполностью и поэтому подбор катализаторов и проведение катализа в основном решается эмпирическим путем.

Для того чтобы произошла химическая реакция между атомами, молекулами и ионами, необходимо их непосредственное взаимодействие. При температуре 500 °С в 1 см3 реакционной смеси происходит 1028 столкновений частиц в секунду. Но не каждое столкновение приводит к химической реакции.

Химическая реакция происходит лишь в том случае, когда система обладает необходимым запасом внутренней энергии (активации), если частицы сближаются на расстояние, при котором происходит перекрытие их электронных облаков, а следовательно, и перераспределение электронных плотностей. Только в этом случае может произойти разрушение старых и образование новых химических связей.

Энергия активации является основным фактором, определяющим скорость реакции. Чем больше энергия активации, тем меньше частиц обладают в системе такой энергией и тем медленнее протекает реакция. В то же время величина энергии активации значительно меньше энергии, требуемой для разрыва старых связей; она часто компенсируется энергией, освобождаемой при образовании новых. Задача преодоления энергетических барьеров решается путем использования катализаторов, которые снижают энергию активации и тем самым увеличивают скорость химической реакции. Таким образом, роль катализаторов с энергетической точки зрения сводится к понижению энергетического барьера, который должна преодолеть система при переходе из начального состояния в конечное.

Катализ на твердых телах складывается из следующих стадий:

- внешняя диффузия реагирующих веществ к поверхности катализа тора;

- внутренняя диффузия в порах зерна катализатора;

- химическая адсорбция одного или нескольких реагирующих компонентов на поверхности катализатора;

- перегруппировка атомов (химическая реакция);

- обратная диффузия продукта в порах зерна катализатора;

- диффузия продуктов от поверхности зерна.