Лекция 5 Атмосфера и ее современные экологические проблемы устойчивости

Лекция 5 АТМОСФЕРА И ЕЕ СОВРЕМЕННЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ УСТОЙЧИВОСТИ

5.1 Строение и состав атмосферы

Атмосфера - газообразная оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов и имеющея слоистое строение, которое включает ряд сфер и расположен­ные между ними паузы.

Роль атмосферы - регулирует тепловой режим и общие климатические условия, а также защищает человечество от вредного космического излучения.

Основными газовыми компонентами атмосферы являются азот (78%), кислород (21%), аргон (0,9%) и углекислый газ (0,03%). Газовый состав атмосферы меняется с высотой.

Наиболее плотный слой воздуха, прилегающий к земной по­верхности, носит название тропосферы. Толщина ее составляет: на средних широтах 10...12 км, над уровнем моря и на полюсах 7...10 км, а на экваторе 16...18 км.

Выше тропосферы расположена стратосфера, а между ними на­ходится тропопауза. Толщина стратосферы составляет около 40 км, воздух в ней заряжен, влажность его невысока. Стратопауза отделяет стратосферу от лежащей выше мезосферы, в которой количество озона уменьшается, а температура на высоте примерно 80 км над уровнем моря составляет -70°С. Рез­кий перепад температур между стратосферой и мезосферой объ­ясняется наличием озонового слоя.

5.2 Загрязнение атмосферы

Под качеством атмосферы понимают совокупность ее свойств, определяющих степень воздействия физических, хими­ческих и биологических факторов на людей, растительный и жи­вотный мир, а также на материалы, конструкции и окружающую среду в целом. Качество атмосферы зависит от ее загрязненности, причем сами загрязнения могут попадать в нее от природных и ан­тропогенных источников.

Под загрязнением атмосферы понимают привнесение в нее примесей, которые не содержатся в природном воздухе или изменя­ют соотношение между ингредиентами природного состава воздуха. Загрязнение атмосферного воздуха может быть естественным (природным) и антропогенным.

Загрязнение атмосферы

 

Естественное загрязнение Антропогенное загрязнение

происходит в результате природных явлений: -извержение вулканов -испарение морской воды -выветривание горных пород -выдувание почвы -лесные и степные пожары

происходит в результате практической деятельности человека: -промышленные и транспортные предприятия; -сельско­хозяйственные и строительные организации; - коммунально-бытовые объекты.

В зависимости от формы материи загрязнения подразделяют:

1. Вещественные (механические, химические и биологические загрязнения в виде примесей),

2. Энергетические (тепловые, аку­стические, электромагнитные и ионизирующие излучения)

3. Вещественно-энергетические (радионуклиды).

Степень загрязнения атмосферы зависит от количества выбросов вредных веществ и их химического состава, от высоты, на которой осуществляются выбросы, от климатических условий, определяющих перенос и рассеивание веществ.

Примеси поступают в атмосферу в виде газов, паров, жидких и твердых частиц. Газы и пары образуют с воздухом смеси, а жид­кие и твердые частицы - аэрозоли (дисперсные системы), которые подразделяют на пыль (размеры частиц более 1 мкм), дым (разме­ры твердых частиц менее 1 мкм) и туман (размер жидких частиц менее 10 мкм).

5.3 Основные химические примеси

Оксид углерода (СО) - «угарный газ», бесцветный газ, не имеющий запаха. Образуется в результа­те неполного сгорания ископаемого топлива (угля, газа, нефти). При этом 65% от всех выбросов приходится на транспорт, 21% - на мелких потребителей и бытовой сектор, а 14% - на промышлен­ность. Максимальная разовая ПДК СО - 5 мг/м3, а среднесуточная -3 мг/м3.

Уменьшение выбросов угарного газа достига­ется путем дожигания отходящих газов и использования альтер­нативных источников топлива.

Диоксид углерода (СО2), или углекислый газ, - бесцветный газ с кисловатым запахом и вкусом, продукт полного окисления уг­лерода. Является одним из парниковых газов.

Диоксид серы (SO2) (сернистый ангидрид) - бесцветный газ с резким запахом. Образуется в процессе сгорания серосодержащих ископаемых видов топлива, а также при переработке сернистых руд. Уча­ствует в формировании кислотных дождей. Максимальная разовая ПДК для диоксида серы составляет 0,5 мг/м3, а среднесуточная - 0,05 мг/м3.

Оксиды азота (NO и NO2) - газообразные веще­ства, объединяются одной общей формулой NOх. Обра­зуются при всех процессах горения. Ок­сид азота окисляется до диоксида, который представляет собой красно-белый газ с неприятным запахом, сильно действующий на слизистые оболочки человека.

Другим источником NOх являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты. На транспорт приходится 55% выбросов NOх, на энер­гетику - 28%, на промышленные предприятия - 14%, на мелких потребителей и бытовой сектор - 3% . Максимальная разовая ПДК диоксида азота составляет 0,085 мг/м3, а среднесуточная - 0,04 мг/м3

Озон (О3) - газ с характерным запахом, относящийся к наиболее токсичным из всех обычных загрязняющих воздух примесей. В нижнем атмосфер­ном слое озон образуется в результате фотохимических процессов с участием диоксида азота и летучих органических соединений (ЛОС). Озон относят к 1-му классу опасности, при этом максимально разовая ПДК со­ставляет 0,16 мг/м3 а среднесуточная - 0,03 мг/м3.

Углеводороды - химические соединения углерода и водорода, содержащиеся в несгоревшем бензине, жидкостях, приме­няемых в химчистке, промышленных растворителях и т. д.

Свинец (РЬ) - серебристо-серый токсичный металл. Широко используется для производства при­поя, красок, боеприпасов, типографского сплава и т. п. Основным источником (около 80%) загрязнения ат­мосферы соединениями свинца являются выхлопные газы транс­портных средств. Для свинца среднесуточная ПДК составляет 0,0003 мг/м3.

Фреоны - группа галогеносодержащих веществ. Их преимуществом перед другими вещества­ми является то, что они не горючи, не токсичны и нейтральны. Фреоны, представляющие собой хлорированные и фторирован­ные углероды. Применяют в качестве хладагентов в холодильниках и кондицио­нерах, пенообразующих агентов, в установках для газового пожа­ротушения.

Промышленные пыли в зависимости от механизма их образова­ния подразделяют на следующие 4 класса:

механическая пыль - образуется в результате измельчения про­дукта в ходе технологического процесса;

возгоны - образуются в результате объемной конденсации па­ров веществ при охлаждении газа;

летучая зола - содержащийся в дымовом газе во взвешенном состоянии несгораемый остаток топлива, образуется из его мине­ральных примесей при горении;

промышленная сажа - твердый высокодисперсный углерод, образуется при не­полном сгорании или термическом разложении углеводородов.

5.4 Нормирование выбросов в атмосферу

Устанавливаются следующие нормативы:

1. Максимально разовая предельно допустимая концентрация (ПДКмр) Устанавливают для тех веществ, которые оказывают немедленное, но временное раздражающее действие за 20-мин период. ПДКмр – показывает порог, выше которого ощущается запах примесей или появляется раздражающее действие в виде рефлекторных реакций человека.

2. Среднесуточная предельно допустимая концентрация (ПДКс. с). Устанавливают для веществ, оказывающих вредное влияние при накоплении в организме. ПДКсс - концентрация, которая не оказывает на человека прямого или косвенного воздействия при неопределенно долгом вдыхании.

3. Для тех веществ, которые обладают немедленным раздражающим действием, а также свойствами накапливаться в организме, устанавливают ПДКм. р и ПДКс. с.

4. ПДК рабочей зоны (ПДКр. з), значительно больше, чем ПДК для населенных мест. т. к. на предприятии люди проводят только часть суток и, кроме того, там не могут находиться дети и люди с ослабленным организмом.

5. Ориентировочно безопасный уровень воздействия (ОБУВ) используется для веществ, по которым на установлены величины ПДК. ОБУВ – временный гигиенический норматив для загрязняющих веществ, устанавливаемый расчетным методом для проектирования промышленных объектов.

6. При одновременном присутствии в воздухе нескольких вредных веществ некоторые вредные вещества обладают эффектом суммирующего действия. Такие группы веществ носят название группы суммации. Их концентрация, определяется по формуле:

не должна превышать единицы; здесь с1, с2, …, сn – концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе; ПДК1, ПДК2, …, ПДКn – соответствующие им предельно допустимые концентрации в атмосферном воздухе, устанавливаемые для каждого из вредных веществ.

7. Предельно допустимый выброс (ПДВ), устанавливается для каждого стационарного источника выбросов. Нормативы ПДВ загрязняющих веществ определяются на уровне, не превышающем нормативов ПДК.

Для каждого источника величина ПДВ устанавливается индивидуально. Для каждого из загрязняющих веществ, содержащихся в выбросах источника, величины ПДВ устанавливаются отдельно в граммах в секунду.

Кроме того, по каждому веществу устанавливается суммарная величина ПДВ в целом для предприятия.

8. Временно согласованный выброс (ВСВ) устанавливается в тех случаях, когда выброс какого-либо вещества больше чем ПДК. Допустимость такого выброса согласовывается на ограниченный период. Для достижения ПДВ предусматриваются различные мероприятия, включающие изменение технологии, сырья, топлива, систем очистки газов, высоты выброса и т. п.

9. Санитарно-защитная зона (СЗЗ) – полоса, отделяющая территорию промышленного предприятия от жилой зоны. Ширина санитарно-защитных зон регламентируется санитарными нормами в зависимости от мощности предприятия. Граница СЗЗ отсчитывается от крайних точечных источников вредных веществ на предприятии. При сосредоточении в одном районе ряда крупных предприятий, ширина СЗЗ может быть увеличена до 3-х раз.

5.5 Методы и средства защиты атмосферы

Все методы и средства защиты атмосферы можно объединить в три группы.

В первую группу входят мероприятия, направленные на сни­жение мощности выбросов, т. е. уменьшение количества выбра­сываемого вещества в единицу времени. Во вторую группу входят мероприятия, направленные на защиту атмосферы путем обра­ботки и нейтрализации вредных выбросов специальными системами очистки. В третью группу входят мероприятия по нормированию выбросов как на отдельных предприятиях и устройст­вах, так и в регионе в целом.

Системы и методы очистки воздуха

От пылей	От туманов	От газопарообразных примесей
- сухие пылеуловители (циклоны) - мокрые пылеуловители (форсу­ночные скрубберы и трубы Вентури) - электрофильтры - рукавные и пористые фильтры	-туманоуловители (волокнистые фильтры)	- абсорбционные (поглощение газового компонента жидкостью) - адсорбционные (поглощение газового компонента твердым сорбентом) - хемосорбционные (поглощение газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием химиче­ских соединений) - термические (высокотемпературное дожигание) - каталитические (использование катализатора - платина, оксид меди, марганца)