Основные загрязнения атмосферы и её защиты

Сжигание органического топлива – основного поставщика энергии для современного общества является основным загрязнителем атмосферы. При сжигании различных органических ископаемых топлив (твердые, жидкие, газообразные) происходит выделение продуктов сгорания, выбрасываемых в окружающую среду, неизбежно загрязняя её.

Основными загрязнителями атмосферы, при сжигании органического топлива в котельных являются:

- твердые частицы (сажа, пыль, зола) содержащие тяжёлые металлы образуются при сжигании твердого топлива (горючие сланцы, торф, бурый и каменный уголь, антрацит) и в меньшей степени жидкого топлива (мазута, солярки);

- оксиды серы в пересчете на SO₂ (сернистый ангидрид) - составляющая отходов при сжигании твердого и жидкого топлива;

- оксиды углерода СО₂ , СО так же образуются при сжигании всех видов органического топлива. СО – угарный газ продукт неполного сгорания топлива, время нахождения в атмосфере 6 месяцев, окисляться атмосферным кислородом с образованием СО₂ – углекислого газа;

- оксиды азота NO_x образуются при сжигании любого вида топлива;

- пентаксид ванадия V₂O₅ высоко токсичный загрязнитель, образующийся при сжигании жидких потлив. Для сравнения: если показатель относительной агрессивности для оксида углерода принять за 1, то для оксида азота он будет равен 41,1 , а для V₂O₅ 1225 усл.т./т.

- бенз(а)пирен С₂₀Н₁₂ - один из наиболее токсичных выбросов в атмосферу. Может образовываться при неправильном режиме сжигания природного газа (1-10 мкг/100м³) и жидкого топлива (50-100 мкг/100м³).

Установлено, что если уровень загрязнения атмосферного воздуха при сжигании угля принять за 100%, то сжигание мазута дает 60%, а природного газа 20%.

Таблица 1.1

Вредные выбросы при сжигании различных видов топлив

При сжигании топлива в котельной образуется полезная тепловая энергия, расходуемая на человеческие нужды. Основное уравнение теплового баланса котла показывает равенство между количеством тепла вносимого в топку и суммой полезно использованного тепла и всех видов потерь в теплогенераторе: , кДж/кг топл., здесь

- располагаемое количество тепла (потенциальная энергия вносимого в топку в топлива);

- полезно использованное тепло;

- сумма всех потерь, равна:

Q₂ – потери тепла с уходящими газами, основные потери в котельной достигают 20%;

Q₃ – потери тепла от химической неполноты сгорания топлива (0,2-3%);

Q₄ – потери тепла от механической неполноты сгорания топлива (0,5-13,5%);

Q₅ – потери тепла в окружающую среду через наружные ограждения котла;

Q₆ – потери тепловой энергии с физической теплотой шлаков и золы.

Уравнение теплового баланса в относительных единицах имеет вид:

100% = q₁+q₂+q₃+q₄+q₅+q₆

Полный расход топлива в час на котельной равен: ;

С учетом механической неполноты сгорания: , кг/ч

здесь: - низшая теплота сгорания топлива за вычетом теплоты парообразования, мДж/м³, мДж/кг (2, стр.16, прил. 2.1 Характеристика топлив);

- коэффициент полезного действия котла.

(Далее приведен расчет выбросов масс загрязнителей для котлоагрегатов производительностью до 30 т/ч или до 20 мВт).

Одной из мер защиты воздушного бассейна является определение зоны рассеивания газообразных веществ и пыли в атмосфере при выбросе через высокие дымовые трубы.

В результате рассеивания происходит снижение максимально возможной концентрации веществ в приземном слое атмосферы и удаление зоны максимального загрязнения.

Основным критерием контроля качества атмосферного воздуха являются предельно допустимые концентрации вредных веществ (ПДК).

Содержание загрязняющих веществ принято выражать в мг/м³ воздуха.

Определяющие факторы: H_тр, м ; t _н.в., °С; t_ух.г., °С; рельеф; М, г/с; w_в ,м/с.

1 котел, 2 циклонный золоуловитель, 3 дымовая труба

Рис.1. Схема рассеивания газопылевого выброса котельной

Стандартом установлены следующие виды предельно допустимых концентраций:

ПДК р.з. (рабочей зоны) – это концентрация вредных веществ при ежедневной (кроме выходных) работе в пределах 8 часового рабочего дня, но не более 40 часов в неделю, в течение всего рабочего стажа , не должна вызывать заболевания или отклонения в составе здоровья работника.

ПДК с.с. (среднесуточная) – это среднесуточная концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе населенных мест, которая не должна оказывать на человека прямого или вредного косвенного влияния при длительном (многие годы) вдыхании.

ПДК м.р. (максимально разовая) – это концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, при вдыхании которого в течение 30 мин не должны проявляться рефлекторные реакции в организме человека: ощущений запаха, вкуса, световой чувствительности глаза, изменение активности головного мозга и т.д.

Концентрации вредных веществ не должны превышать:

а) в воздухе производственных помещений – ПДК_Р.З.;

б) в атмосферном воздухе населенных мест – ПДК_М.Р.;

в) при отсутствии данных по ПДК_М.Р. – ПДК_С.С.

ПДК_Р.З. >ПДК_М.Р.> ПДК_С.С.

Критерием оценки влияния выбросов предприятий на атмосферный воздух является сравнение фактических концентраций, полученных в результате рассеивания, с предельно допустимыми.

Таблица 2.1

ПДК основных загрязняющих веществ

Стандартом установлены также величины предельно допустимых выбросов вредных веществ в атмосферу (ПДВ) – это количество вредных веществ, выбрасываемых в единицу времени, которое в сумме с выбросами от совокупности других источников города не создаст приземной концентрации примеси, превышающей значение ПДК: для отдельных источников – ед. измер. (г/с), в целом по предприятию – ед. измер. (т/год).

Если при расчете рассеивания выбросов максимально возможная концентрация вредного вещества получается

Cmax > 0,05ПДК_м.р.,

то в этом случае расчет ПДВ обязателен.

При проектировании современных многоквартирных домов неотъемлемой частью проектов являются автостоянки крытого, открытого типа. При этом концентрации вредных веществ, выбрасываемых автомобилями на уровне дыхания человека не должны превышать допустимого уровня.

При сжигании жидких топлив автотранспортом основными загрязнителями воздуха являются:

- оксиды серы в пересчете на SO₂ (сернистый ангидрид); - оксид углерода СО; - оксиды азота NO_x; - углеводороды СH;

Вредные вещества от автотранспорта выделяются в период подогрева двигателей, работы на холостом ходу, при движении на данной территории.

При организации открытых автостоянок рядом с жилыми домами вредные вещества выбрасываются непосредственно в атмосферу. При проектировании крытых стоянок, например, подземных гаражей, необходимо организованно удалять продукты сгорания через шахты.

Вытяжные вентиляционные шахты автостоянок вместимостью 100 машино-мест и менее необходимо размещать на расстоянии не менее 15 м от многоквартирных жилых домов, участков детских дошкольных учреждений, спальных корпусов домов-интернатов, стационаров лечебных учреждений. Вентиляционные отверстия указанных шахт должны предусматриваться не ниже 2 м над уровнем земли. При вместимости автостоянок более 100 машино-мест расстояние от вентиляционных шахт до указанных зданий и возвышение их над уровнем кровли сооружения определяется расчетом рассеивания выбросов в атмосферу и уровней шума на территории жилой застройки.

В подземных автостоянках к одной дымовой шахте допускается присоединять дымовые зоны в пределах одного пожарного отсека не более 3000 м2 на каждом подземном этаже, при условии расчета требуемого количества дымовых клапанов и мест их установки в пределах указанного пожарного отсека. Количество ответвлений воздуховодов от одной дымовой шахты не нормируется. Шумопоглощение вентиляционного оборудования автостоянок, встроенных в жилые дома, должно рассчитываться с учетом работы вентиляции в ночное время, во избежание звукового загрязнения.

Солнечная энергия.

Общеизвестно, что на солнце предметы нагреваются. Солнечную энергию можно использовать либо непосредственно – для обогрева домов или приготовления пищи, либо косвенно – для генерирования электричества. На солнце предметы нагреваются в результате поглощения ими энергии солнечного излучения. Для объяснения этого явления в свое время предлагалось множество механизмов, но только появившаяся в 20-м столетии квантовая теория оказалась в состоянии справиться с подобной проблемой. Во многих устройствах для теплового преобразования используются так называемые коллекторы – приемники солнечного излучения. Получая энергию от солнца, такое устройство вновь излучает ее, не обмениваясь излучением с окружающей средой.

Применение солнечной энергии различно. На сегодня существуют следующие основные способы использования солнечной энергии:

2.2.1 Применение солнечного излучения в виде тепла. Непосредственное использование тепловой энергии солнечных лучей. Этот способ применяется в следующих устройствах:

· Гелиоустановки (солнечные коллекторы). Нагрев воды с целью теплоснабжения и горячего водоснабжения жилья.

· Опреснение воды

· Различные сушилки и выпариватели

2.2.2. Преобразование солнечного излучения в электрическую энергию. Солнечное излучение можно преобразовывать в электричество через преобразование его сначала в тепло, а затем с помощью обычных паровых турбин и соединенных с ними генераторов в электроэнергию – такие установки не имеют принципиальных отличий от ТЭС, ГЭС и АЭС – а можно и непосредственно, минуя тепловую стадию (фотоэлектрические генераторы). Преимущества второго способа очевидны – мало того, что такие устройства значительно проще, компактнее и дешевле, кроме того, в них существенно меньше и энергетические потери, неизбежные при каждом преобразовании энергии из одного вида в другой, а это означает более высокий КПД и экономическую рентабельность. Тем не менее, некоторые способы преобразования солнечного излучения через тепловую фазу интересны из-за их более перспективной основы – термоэлектронной эмиссии и эффекта Зеебека. Установки, основанные на этих явлениях (термоэлектрические генераторы), существенно отличаются от традиционных т.к. в них отсутствует теплоноситель и какие-либо движущиеся части.

2.2.3. Фотохимия и фотобиология (фотолиз, фотосинтез). Давно замечено, что солнечное излучение вызывает различные химические превращения, например, отбеливает красители. В 1839 г. Беккерель, исследуя подобный эффект, обнаружил, что при изменении освещенности одного из электродов химического элемента разность потенциалов на его электродах изменяется. Это послужило началом развития новой области знаний, названной фотохимией, а в последнее время известной как радиационная химия. Хотя некоторые из результатов исследований в фотохимии имеют важнейшее значение для человечества – здесь в первую очередь мы должны назвать фотографию – однако другие практические приложения ее пока весьма ограниченны.