Технологии управления качеством воздуха

Атмосфера.

Антропогенное воздействие на атмосферу.

Наибольшее кол-во загрязняющих веществ в атмосферу выделяют промышленность, транспорт, ТЭС. Транспорт: 200 веществ- СО2, сажа, свинец и т.д. + N_хO_у. На 15 тыс. км пробега потребляется 4350 кг кислорода, выделяется 3250 СО2, 530 СО, 98 кг углеводородов. Существенный вклад в загрязнение атмосферы вносят промышленные предприятия. Из 1 т пыли выбрасываемой в атмосферу при плавке медных руд можно извлечь 100кг меди, несколько меньше свинца и пыли. При сжигании угля в окружающую среду выбрасывается газы с веществами больше чем добывается из недр: магния в 3, ртути в 50, урана 10 иттрия в десятки тысяч раз.

Кислотные осадки

- называется дожди, туманы, снег, которые имеют pH меньше 7 из-за содержания в них соединений содержащих серную и азотистую кислоты. Источники: продукты сгорания топлива, выбросы химических и металлургических предприятий. Время пребывания SO₂ в атмосфере около 15 дней. Во влажной атмосфере диоксид серы образует сернистую кислоту, которая с озоном дает серную. Основное самоочищение атмосферы происходит за счет выпадения дождей и снега, а также при сухом осаждении кислых осадков в виде SO₂ или газа абсорбируемого на пыли или SO₂ растворенного в каплях тумана, которым медленно образуется аэрозоль серной кислоты. Оксиды азота NO и NO2 служат источником образования атмосферной азотной кислоты. В отличии от серной азотная дольше остается в атмосфере в газообразном состоянии, тк она плохо конденсируется. Пары азотной кислоты поглощаются капельной влагой облаков и частицами аэрозолей. Значение pH среды значительно важно, тк во-первых это прежде всего процессы которые идут в живых организмах особенно у обитателей водоемов адаптированных к pH7. В более кислотной среде они погибают. Таким образом изменение затрагивает пищевые цепи, сокращая популяции птиц питающихся обитателями вод, а потом хищников Во-вторых, кислотные осадки вызывают деградацию лесов. Кислота, попадая на листья нарушает восковой покров делая растения уязвимыми для бактерий. Третье, попадая на почвенные покровы, начинается процесс выщелачивания биогенов. При pH4 резко снижается активность продуцентов и азотофиксаторов. При попадании в почву кислоты выщелачивают алюминий и тяж металлы, раньше находившиеся в нерастворимом состоянии. В четвертом, под воздействием кислотных осадков ускоряется процесс коррозии в строительных мет конструкциях.

Нарушение озонового экрана

Особую опасность для биосферы представляет жесткое ультрафиолетовое излучение солнца в диапазоне волн меньше 310нм. Известно, что более 99%ультрафиолетового излучения солнца поглощается слоем озона на высоте в среднем 25км от поверхности Земли. Озон образуется в стратосфере где под воздействием ультрафиолетового излучения молекулы кислорода диссоциируют с образованием атомарного кислорода. На высоте 30-35км атомарный кислород взаимодействует с кислородом с образованием озона.

О₂=О+О Q+O=O₃

Естественные процессы кругооборота озона нарушаются из-за его разрушения оксидами азота и атомами хлора. Оксид азота – ДВС, высокотемпературные технологические установки. Атомарный хлор образуется в ходе фотохимического разрушения CF₂Cl₂ и CFCl₃ содержащийся в холодильниках и аэрозолях.

Уменьшение озонового слоя толщина которого в среднем составляет 2-3мм может привести к нарушению теплового баланса, оказывает влияние на биологические процессы (ожоги, разрушение иммунной и генной системы)

Парниковый эффект

Понимается специфическое явление, которое означает следующее. Солнечная радиация падающая на землю частично поглощается поверхностью суши и океаном, а 30% ее отражается в космос, причем поглощенная энергия солнечная радиации преобразуется в теплоту и излучается в космос в диапазоне длин волн инфракрасного излучения. Чистая атмосфера прозрачна для инфракрасного излучения, а атмосфера содержащая пары парниковых газов (3х атомных-вода, углекислый газ, оксиды серы и т.д.) поглощает инфракрасные лучи благодаря чему происходит разогрев воздуха. Поэтому парниковые газы выполняют функцию стеклянного покрытия как в теплицах. Естественный парниковый эффект создает прирост средней температуре на 30⁰ С. При его отсутствии средняя температура земли составляет в наст время 15⁰ С снизилась бы до -15⁰ С, те началось бы обледенение. Природное равновесие содержания в атмосфере парниковых газов претерпело серьезные изменения. В наст время ежегодный прирост СО₂ увеличивается на 3,4% в год. Увеличение содержания углекислого газа на 60% по сравнению с современным уровнем вызовет рост температуры на 2 градуса. Это значит что если до 2050 года потребление ископаемых топлив не сократится то концентрация СО₂ в атмосфере удвоится и температура поверхности земли увеличится на 3⁰ С. К сожалению возрастает дополнительный вклад аммиака, фреонов, метана. Если темпы их роста сохранятся на современном уровне, то к 2020 году их действие будет эквивалентно удвоению концентрации углекисл газа в атмосфере. Потепление на земле по мнению климатологов за счет роста температуры на 0,1⁰ С считается значительным и до 3⁰ С критическим. Таяние полярных льдов приведет к повышению уровня мирового океана на 100м изменение перепада температуры между зонами полюсов и экватора нарушит естественную циркуляцию атмосферы и произойдет глобальное изменение климата.

Технологии управления качеством воздуха

Для оценки воздушной среды используется понятие Предельно Допустимой Концентрации (ПДК)

1) ПДК воздуха рабочей зоны 1млг на 1м³. Это концентрация вредного вещества, которая не должна вызывать у работающих при ежедневном дыхании в течении 8 часов рабочей смены за время рабочего дня. Рабочая зона - производство на высоте 2 м над уровнем моря.

2) ПДКмаксимального уровня - концентрация в воздухе населенного пункта, которая не должна вызывать рефлекторные реакции в организме человека.

3) ПДК разовая средне суточная в воздухе насел пункта - концентрация вещества, которая не должна оказывать прямого или косвенного воздействия в организме человека в условиях неопределенно долгого круглосуточного дыхания.

ПДК устанавливают экспериментально с использованием подопытных животных. Для расчета ПДК рабочей зоны используют формулу: lgПДК_врз=0,91ЛК₅₀+0,1М, где ЛК₅₀ – летальная концентрация веществ, вызывающая при дыхании гибель 50% подопытных животных, М – молярная масса вещества.

Для расчета ПДК_мр используется формула: lgПДК_мр=lgx₄-0,21, где х₄ – порог чувствительности рефлекторного типа (порог обоняния, световой чувствительности).

Для расчета ПДК_СС : lgПДК_СС=0,62lgПДК_врз-1,77.

ПДВ – предельно допустимый выброс – объем или количество загрязняющего вещества, которое выбрасывается отдельным источником за единицу времени, превышение которого ведет к превышению ПДК и как следствие приводит к неблагоприятным последствиям в окружающей среде.

ПДВ устанавливают при условии:

Где С₁-концентриция вредного вещества, ПДК₁ – максимально разовое, С_ф1 – фоновая концентрация вещества в воздухе.

В настоящее время в большинстве производственных процессов используют открытые технологические циклы, связанные с выбросом в атмосферу твердых частиц и отходящих газов, концентрация которых определяется особенностями производства. Борьба с загрязнением ведется по 3м направлениям:

1) Применение эффективных средств рассеивания для удаления остаточных загрязнений от местонахождения людей.

2) Внедрение принципиально новых систем улавливания и очистки дымовых и полевых выбросов.

3) Совершенствование печей и других источников дымовых выбросов с целью оптимизации режима горения для снижения доли не сгоревших частиц в выбросе.