Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет" (ННГАСУ)

Инженерно-экологический университет

на тему: "Загрязнение атмосферы и методы очистки"

Выполнил: студент 3 курса, гр. ТЭ-02

Салина Н.А.

Проверил: Ботулёва Ю.В.

Нижний Новгород - 2013 г.

Введение

1. Загрязнение атмосферы

2. Источники загрязнения атмосферы

3. Химическое загрязнение атмосферы

4. Аэрозольное загрязнение атмосферы

5. Фотохимический туман

6. Озоновый слой Земли

7. Загрязнение атмосферы выбросами транспорта

8. Мероприятия по борьбе с выбросами автотранспорта

9. Способы очистки воздуха

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Стремительный рост численности человечества и его научно-технической вооруженности в корне изменили ситуацию на Земле. Если в недавнем прошлом вся человеческая деятельность проявлялась отрицательно лишь на ограниченных, хоть и многочисленных территориях, а сила воздействия была несравненно меньше мощного круговорота веществ в природе, то теперь масштабы естественных и антропогенных процессов стали сопоставимыми, а соотношение между ними продолжает изменяться с ускорением в сторону возрастания мощности антропогенного влияния на биосферу.

Опасность непредсказуемых изменений в стабильном состоянии биосферы, к которому исторически приспособлены природные сообщества и виды, включая самого человека, столь велика при сохранении привычных способов хозяйствования, что перед нынешними поколениями людей, населяющими Землю, возникла задача экстренного усовершенствования всех сторон своей жизни в соответствии с необходимостью сохранения сложившегося круговорота веществ и энергии в биосфере. Кроме того, повсеместное загрязнение окружающей нас среды разнообразными веществами, подчас совершенно чуждыми для нормального существования организма людей, представляет серьезную опасность для нашего здоровья и благополучия будущих поколений.

1. Загрязнение атмосферы

Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы, сложившуюся в ходе эволюции Земли, деятельности человека и находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений. Результаты экологических исследований, как в России, так и за рубежом, однозначно свидетельствуют о том, что загрязнение приземной атмосферы - самый мощный, постоянно действующий фактор воздействия на человека, пищевую цепь и окружающую среду. Атмосферный воздух имеет неограниченную емкость и играет роль наиболее подвижного, химически агрессивного и всепроникающего агента взаимодействия вблизи поверхности компонентов биосферы, гидросферы и литосферы.

В последние годы получены данные о существенной роли для сохранения биосферы озонового слоя атмосферы, поглощающего губительное для живых организмов ультрафиолетовое излучение Солнца и формирующего на высотах около 40 км тепловой барьер, предохраняющий охлаждение земной поверхности.

Атмосфера оказывает интенсивное воздействие не только на человека и биоту, но и на гидросферу, почвенно-растительный покров, геологическую среду, здания, сооружения и другие техногенные объекты. Поэтому охрана атмосферного воздуха и озонового слоя является наиболее приоритетной проблемой экологии и ей уделяется пристальное внимание во всех развитых странах. атмосфера загрязнение очистка выброс

Загрязненная приземная атмосфера вызывает рак легких, горла и кожи, расстройство центральной нервной системы, аллергические и респираторные заболевания, дефекты у новорожденных и многие другие болезни, список которых определяется присутствующими в воздухе загрязняющими веществами и их совместным воздействием на организм человека. Результаты специальных исследований, выполненных в России и за рубежом, показали, что между здоровьем населения и качеством атмосферного воздуха наблюдается тесная положительная связь.

Основные агенты воздействия атмосферы на гидросферу - атмосферные осадки в виде дождя и снега, в меньшей степени смога, тумана. Поверхностные и подземные воды суши имеют главным образом атмосферное питание и вследствие этого их химический состав зависит в основном от состояния атмосферы.

Отрицательное влияние загрязненной атмосферы на почвенно-растительный покров связано как с выпадением кислотных атмосферных осадков, вымывающих кальций, гумус и микроэлементы из почв, так и с нарушением процессов фотосинтеза, приводящих к замедлению роста и гибели растений. Высокая чувствительность деревьев (особенно березы, дуба) к загрязнению воздуха выявленадавно. Совместное действие обоих факторов приводит к заметному уменьшению плодородия почв и исчезновению лесов. Кислотные атмосферные осадки рассматриваются сейчас как мощный фактор не только выветривания горных пород и ухудшения качества несущих грунтов, но и химического разрушения техногенных объектов, включая памятники культуры и наземные линии связи. Во многих экономически развитых странах в настоящее время реализуются программы по решению проблемы кислотных атмосферных осадков. В рамках Национальной программы по оценке влияния кислотных атмосферных осадков, учрежденной в 1980 году, многие федеральные ведомства США началифинансировать исследования атмосферных процессов, вызывающих кислотные дожди, с целью оценки влияния последних на экосистемы и выработки соответствующих природоохранных мер. Выяснилось, что кислотные дожди оказывают многоплановое воздействие на окружающую среду и являются результатом самоочищения (промывания) атмосферы. Основные кислотные агенты - разбавленные серная и азотная кислоты, образующиеся при реакциях окисления оксидов серы и азота с участием пероксида водорода.

2. Источники загрязнения атмосферы

К природным источникам загрязнения относятся: извержения вулканов, пыльные бури, лесные пожары, пыль космического происхождения, частицы морской соли, продукты растительного, животного и микробиологического происхождения. Уровень такого загрязнения рассматривается в качестве фонового, который мало изменяется со временем.

Главный природный процесс загрязнения приземной атмосферы - вулканическая и флюидная активность Земли Крупные извержения вулканов приводят к глобальному и долговременному загрязнению атмосферы, о чем свидетельствуют летописи и современные наблюдательные данные (извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 году). Это обусловлено тем, что в высокие слои атмосферы мгновенно выбрасываются огромные количества газов, которые на большой высоте подхватываются движущимися с высокой скоростью воздушными потоками и быстро разносятся по всему земному шару. Продолжительность загрязненного состояния атмосферы после крупных вулканических извержений достигает нескольких лет.

Антропогенные источники загрязнения обусловлены хозяйственной деятельностью человека. К ним следует отнести:

1. Сжигание горючих ископаемых, которое сопровождается выбросом 5 млрд. т.углекислого газа в год. В результате этого за 100 лет (1860-1960 гг.) содержание СО 2 увеличилось на 18 %(с 0,027 до 0,032 %).За последние три десятилетия темпы этих выбросов значительно возросли. При таких темпах к 2000 г. количество углекислого газа в атмосфере составит не менее 0,05 %.

2. Работа тепловых электростанций, когда при сжигании высокосернистых углей в результате выделения сернистого газа и мазута образуются кислотные дожди.

3. Выхлопы современных турбореактивных самолетов с оксидами азота и газообразными фторуглеводородами из аэрозолей, которые могут привести к повреждению озонового слоя атмосферы (озоносферы).

4. Производственная деятельность.

5. Загрязнение взвешенными частицами (при измельчении, фасовке и загрузке, от котельных, электростанций, шахтных стволов, карьеров при сжигании мусора).

6. Выбросы предприятиями различных газов.

7. Сжигание топлива в факельных печах, в результате чего образуется самый массовый загрязнитель - монооксид углерода.

8. Сжигание топлива в котлах и двигателях транспортных средств, сопровождающееся образованием оксидов азота, которые вызывают смог.

9. Вентиляционные выбросы (шахтные стволы).

10. Вентиляционные выбросы с чрезмерной концентрацией озона из помещений с установками высоких энергий (ускорители, ультрафиолетовые источники и атомные реакторы) при ПДК в рабочих помещениях 0,1 мг/м 3 . В больших количествах озон является высокотоксичным газом.

При процессах сгорания топлива наиболее интенсивное загрязнение приземного слоя атмосферы происходит в мегаполисах и крупных городах, промышленных центрах ввиду широкого распространения в них автотранспортных средств, ТЭЦ, котельных и других энергетических установок, работающих на угле, мазуте, дизельном топливе, природном газе и бензине. Вклад автотранспорта в общее загрязнение атмосферного воздуха достигает здесь 40-50 %. Мощным и чрезвычайно опасным фактором загрязнения атмосферы являются катастрофы на АЭС (Чернобыльская авария) и испытания ядерного оружия в атмосфере. Это связано как с быстрым разносом радионуклидов на большие расстояния, так и с долговременным характером загрязнения территории.

Высокая опасность химических и биохимических производств заключается в потенциальной возможности аварийных выбросов в атмосферу чрезвычайно токсичных веществ, а также микробов и вирусов, которые могут вызвать эпидемии среди населения и животных.

В настоящее время в приземной атмосфере находятся многие десятки тысяч загрязняющих веществ антропогенного происхождения. Ввиду продолжающегося роста промышленного и сельскохозяйственного производства появляются новые химические соединения, в том числе сильно токсичные. Главными антропогенными загрязнителями атмосферного воздуха кроме крупнотоннажных оксидов серы, азота, углерода, пыли и сажи являются сложные органические, хлорорганические и нитросоединения, техногенные радионуклиды, вирусы и микробы. Наиболее опасны широко распространенные в воздушном бассейне России диоксин, бенз(а)пирен, фенолы, формальдегид, сероуглерод. Твердые взвешенные частицы представлены главным образом сажей, кальцитом, кварцем, гидрослюдой, каолинитом, полевым шпатом, реже сульфатами, хлоридами. В снеговой пылиспециально разработанными методами обнаружены окислы, сульфаты и сульфиты, сульфиды тяжелых металлов, а также сплавы и металлы в самородном виде.

В Западной Европе приоритет отдается 28 особо опасным химическим элементам, соединениям и их группам. В группу органических веществ входят акрил, нитрил, бензол, формальдегид, стирол, толуол, винилхлорид, анеорганических - тяжелые металлы (As, Cd, Cr, Pb, Mn, Hg, Ni, V), газы (угарный газ, сероводород, оксиды азота и серы, радон, озон), асбест. Преимущественно токсическое действие оказывают свинец, кадмий. Интенсивный неприятный запах имеют сероуглерод, сероводород, стирол, тетрахлорэтан, толуол. Ореол воздействия оксидов серы и азота распространяется на большие расстояния. Вышеуказанные 28 загрязнителей воздуха входят в международный реестр потенциально токсичных химических веществ.

Основные загрязнители воздуха жилых помещений - пыль и табачный дым, угарный и углекислый газы, двуокись азота, радон и тяжелые металлы, инсектициды, дезодоранты, синтетические моющие вещества, аэрозоли лекарств, микробы и бактерии. Японские исследователи показали, что бронхиальная астма может быть связана с наличием в воздухе жилищ домашних клещей.

Для атмосферы характерна чрезвычайно высокая динамичность, обусловленная как быстрым перемещением воздушных масс в латеральном и вертикальном направлениях, так и высокими скоростями, разнообразием протекающих в ней физико-химических реакций. Атмосфера рассматривается сейчас как огромный "химический котел", который находится под воздействием многочисленных и изменчивых антропогенных и природных факторов. Газы и аэрозоли, выбрасываемые в атмосферу, характеризуются высокой реакционной способностью. Пыль и сажа, возникающие при сгорании топлива, лесных пожарах, сорбируют тяжелые металлы и радионуклиды и при осаждении на поверхность могут загрязнить обширные территории, проникнуть в организм человека через органы дыхания.

Выявлена тенденция совместного накопления в твердых взвешенных частицах приземной атмосферы Европейской России свинца и олова; хрома, кобальта и никеля; стронция, фосфора, скандия, редких земель и кальция; бериллия, олова, ниобия, вольфрама и молибдена; лития, бериллия и галлия; бария, цинка, марганца и меди. Высокие концентрации в снеговой пыли тяжелых металлов обусловлены как присутствием их минеральных фаз, образовавшихся при сжигании угля, мазута и других видов топлива, так и сорбцией сажей, глинистыми частицами газообразных соединений типа галогенидов олова.

Время "жизни" газов и аэрозолей в атмосфере колеблется в очень широком диапазоне (от 1-3 минут до нескольких месяцев) и зависит в основном от их химической устойчивости размера (для аэрозолей) и присутствия реакционноспособных компонентов (озон, пероксид водорода и др.).

Оценка и тем более прогноз состояния приземной атмосферы являются очень сложной проблемой. В настоящее время ее состояние оценивается главным образом по нормативному подходу. Величины ПДК токсических химических веществ и другие нормативные показатели качества воздуха приведены во многих справочниках и руководствах. В таком руководстве для Европы кроме токсичности загрязняющих веществ (канцерогенное, мутагенное, аллергенное и другие воздействия) учитываются их распространенность и способность к аккумуляции в организме человека и пищевой цепи. Недостатки нормативного подхода - ненадежность принятых значений ПДК и других показателей из-за слабой разработанности их эмпирической наблюдательной базы, отсутствие учета совместного воздействия загрязнителей и резких изменений состояния приземного слоя атмосферы во времени и пространстве. Стационарных постов наблюдения за воздушным бассейном мало, и они не позволяют адекватно оценить его состояние в крупных промышленно - урбанизированных центрах. В качестве индикаторов химического состава приземной атмосферы можно использовать хвою, лишайники, мхи. На начальном этапе выявления очагов радиоактивного загрязнения, связанных с чернобыльской аварией, изучалась хвоя сосны, обладающая способностью накапливать радионуклиды, находящиеся в воздухе. Широко известно покраснение игл хвойных деревьев в периоды смогов в городах.

Наиболее чутким и надежным индикатором состояния приземной атмосферы является снеговой покров, депонирующий загрязняющие вещества за сравнительно длительный период времени и позволяющий установить местоположение источников пылегазовыбросов по комплексу показателей. В снеговых выпадениях фиксируются загрязнители, которые не улавливаются прямыми измерениями или расчетными данными по пылегазовыбросам.

К перспективным направлениям оценки состояния приземной атмосферы крупных промышленно - урбанизированных территорий относится многоканальное дистанционное зондирование. Преимущество этого метода заключается в способности быстро, неоднократно и в "одном ключе" охарактеризовать большие площади. К настоящему времени разработаны способы оценки содержания в атмосфере аэрозолей. Развитие научно-технического прогресса позволяет надеяться на выработку таких способов и в отношении других загрязняющих веществ.

Прогноз состояния приземной атмосферы осуществляется по комплексным данным. К ним прежде всего относятся результаты мониторинговых наблюдений, закономерности миграции и трансформации загрязняющих веществ в атмосфере, особенности антропогенных и природных процессов загрязнения воздушного бассейна изучаемой территории, влияние метеопараметров, рельефа и других факторов на распределение загрязнителей в окружающей среде. Для этого в отношении конкретного региона разрабатываются эвристичные модели изменения приземной атмосферы во времени и пространстве. Наибольшие успехи в решении этой сложной проблемы достигнуты для районов расположения АЭС. Конечный результат применения таких моделей - количественная оценка риска загрязнения воздуха и оценка его приемлемости с социально-экономической точки зрения.

3. Химическое загрязнение атмосферы

Под загрязнением атмосферы следует понимать изменение ее состава при поступлении примесей естественного или антропогенного происхождения. Вещества-загрязнители бывают трех видов: газы, пыль и аэрозоли. К последним относятся диспергированные твердые частицы, выбрасываемые в атмосферу и находящиеся в ней длительное время во взвешенном состоянии.

К основным загрязнителям атмосферы относятся углекислый газ, оксид углерода, диоксиды серы и азота, а также малые газовые составляющие, способные оказывать влияние на температурный режим тропосферы: диоксид азота, галогенуглероды (фреоны), метан и тропосферный озон.

Основной вклад в высокий уровень загрязнения воздуха вносят предприятия черной и цветной металлургии, химии и нефтехимии, стройиндустрии, энергетики, целлюлозно-бумажной промышленности, а в некоторых городах и котельные.

Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ, металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух окислы азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов.

Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки. Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 170 % ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива.

Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие:

а) Оксид углерода . Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 250 млн. т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

б) Сернистый ангидрид . Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 70 млн. т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 85 процентов от общемирового выброса.

в) Серный ангидрид . Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ан гидрида.

г) Сероводород и сероуглерод . Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

д) Оксиды азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие; азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксидов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн. т. в год.

е) Соединения фтора . Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики. стали, фосфорных удобрений. Фторсодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

ж) Соединения хлора . Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией.

В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на I т. предельного чугуна выделяется кроме 2,7 кг сернистого газа и 4,5 кг пылевых частиц, определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода.

Объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников на территории России составляет около 22-25 млн. т. в год.

4. Аэрозольное загрязнение атмосферы

Из естественных и антропогенных источников в атмосферу ежегодно поступают сотни миллионов тонн аэрозолей. Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Аэрозоли разделяются на первичные (выбрасываются из источников загрязнения), вторичные (образуются в атмосфере), летучие (переносятся на далекие расстояния) и нелетучие (отлагаются на поверхности вблизи зон пылегазовыбросов). Устойчивые и тонкодисперсные летучие аэрозоли - (кадмий, ртуть, сурьма, йод-131 и др.) имеют тенденцию накапливаться в низинах, заливах и других понижениях рельефа, в меньшей степени на водоразделах.

К естественным источникам относят пыльные бури, вулканические извержения и лесные пожары. Газообразные выбросы (например, SO 2) приводят к образованию в атмосфере аэрозолей. Несмотря на то, что время пребывания в тропосфере аэрозолей исчисляется несколькими сутками, они могут вызвать снижение средней температуры воздуха у земной поверхности на 0,1-0,3С 0 . Не меньшую опасность для атмосферы и биосферы представляют аэрозоли антропогенного происхождения, образующиеся при сжигании топлива, либо содержащиеся в промышленных выбросах.

Средний размер аэрозольных частиц составляет 1-5 мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 куб. км пылевидных частиц искусственного происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей. Сведения о некоторых источниках техногенной пыли приведены в таблице 1.

Таблица 1

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические. цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже - оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Они содержатся в выбросах предприятий теплоэнергетики, черной и цветной металлургии, стройматериалов, а также автомобильного транспорта. Пыль, осаждающаяся в индустриальных районах, содержит до 20 %оксида железа, 15 %силикатов и 5 %сажи, а также примеси различных металлов (свинец, ванадий, молибден, мышьяк, сурьма и т.д.).

Еще большее разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях. Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы - искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва (250-300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 2 тыс. куб. м условного оксида углерода и более 150 т. пыли. Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы этих производств - измельчение и химическая обработка шихт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу.

Концентрация аэрозолей меняется в весьма широких пределах: от 10 мг/м 3 в чистой атмосфере до 2.10 мг/м 3 в индустриальных районах. Концентрация аэрозолей в индустриальных районах и крупных городах с интенсивным автомобильным движением в сотни раз выше, чем в сельской местности. Среди аэрозолей антропогенного происхождения особую опасность для биосферы представляет свинец, концентрация которого изменяется от 0,000001 мг/м 3 для незаселенных районов до 0,0001 мг/м 3 для селитебных территорий. В городах концентрация свинца значительно выше - от 0,001 до 0,03 мг/м 3 .

Аэрозоли загрязняют не только атмосферу, но и стратосферу, оказывая влияние на ее спектральные характеристики и вызывая опасность повреждения озонового слоя. Непосредственно в стратосферу аэрозоли поступают с выбросами сверхзвуковых самолетов, однако имеются аэрозоли и газы, диффундирующие в стратосфере.

Основной аэрозоль атмосферы - сернистый ангидрид (SO 2), несмотря на большие масштабы его выбросов в атмосферу, является короткоживущим газом (4-5 суток). По современным оценкам, на больших высотах выхлопные газы авиационных двигателей могут увеличить естественный фон SO 2 на 20 %.Хотя эта цифра невелика, повышение интенсивности полетов уже в ХХ веке может сказаться на альбедо земной поверхности в сторону его увеличения. Ежегодное поступление сернистого газа в атмосферу только вследствие промышленных выбросов оценивается почти в 150 млн. т. В отличие от углекислого газа сернистый ангидрид является весьма нестойким химическим соединением. Под воздействием коротковолновой солнечной радиации он быстро превращается в серный ангидрид и в контакте с водяным паром переводится в сернистую кислоту. В загрязненной атмосфере, содержащей диоксид азота, сернистый ангидрид быстро переводится в серную кислоту, которая, соединяясь с капельками воды, образует так называемые кислотные дожди.

К атмосферным загрязнителям относятся углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 3 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха. Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссии существует инверсия - расположения слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует воздушным массам и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются под слоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвестного в природе фотохимического тумана.

5. Фотохимический туман

Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличие в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей; интенсивная солнечная радиация и безветрие или очень слабый обмен воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количестве озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Такие смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.

6. Озоновый слой Земли

Озоновый слой Земли - это слой атмосферы, близко совпадающий со стратосферой, лежащий между 7-8 (на полюсах), 17-18 (на экваторе) и 50 км над поверхностью планеты и отличающийся повышенной концентрацией молекул озона, отражающих жесткое космическое излучение, гибельное для всего живого на Земле. Его концентрация на высоте 20-22 км от поверхности Земли, где она достигает максимума, ничтожно мала. Эта естественная защитная пленка очень тонка: в тропиках ее толщина составляет всего 2 мм, у полюсов она вдвое больше.

Активно поглощающий ультрафиолетовое излучение озоновый слой создает оптимальные световой и термические режимы земной поверхности, благоприятные для существования живых организмов на Земле. Концентрация озона в стратосфере непостоянна, увеличиваясь от низких широт к высоким, и подвержена сезонным изменениям с максимумом весной.

Своему существованию озоновый слой обязан деятельности фотосинтезирующих растений (выделение кислорода) и действию на кислород ультрафиолетовых лучей. Он защищает все живое на Земле от губительного действия этих лучей.

Предполагается, что глобальное загрязнение атмосферы некоторыми веществами (фреонами, оксидами азота и др.) может нарушить функционирование озонового слоя Земли.

Главную опасность для атмосферного озона составляет группа химических веществ, объединенных термином "хлор-фторуглероды" (ХФУ), называемых также фреонами. В течение полувека эти химикаты, впервые полученные в 1928 г., считались чудо - веществами. Они нетоксичны, инертны, чрезвычайно стабильны, не горят, не растворяются в воде, удобны в производстве и хранении. И поэтому сфера применения ХФУ динамично расширялась. В массовых масштабах их начали использовать в качестве хладагентов при изготовлении холодильников. Затем они стали применяться в системах кондиционирования воздуха, а с началом всемирного аэрозольного бума получили самое широкое распространение. Фреоны оказались очень эффективны при промывке деталей в электронной промышленности, а также нашли широкое применение в производстве пенополиуретанов. Пик их мирового производства пришелся на 1987-1988 гг. и составил около 1,2-1,4 млн., т. в год, из которых на долю США приходилось около 35 %.

Механизм действия фреонов следующий. Попадая в верхние слои атмосферы, эти инертные у поверхности Земли вещества становятся активными. Под воздействием ультрафиолетового излучения химические связи в их молекулах нарушаются. В результате выделяется хлор, который при столкновении с молекулой озона "вышибает" из нее один атом. Озон перестает быть озоном, превращаясь в кислород. Хлор же, соединившись временно с кислородом, опять оказывается свободным и "пускается в погоню" за новой "жертвой". Его активности и агрессивности хватает на то, чтобы разрушить десятки тысяч молекул озона.

Активную роль в образовании и разрушении озона играют также оксиды азота, тяжелых металлов (меди, железа, марганца), хлор, бром, фтор. Поэтому общий баланс озона в стратосфере регулируется сложным комплексом процессов, в которых значительными являются около 100 химических и фотохимических реакций. С учетом сложившегося в настоящее время газового состава стратосферы в порядке оценки можно говорить, что около 70 %озона разрушается по азотному циклу, 17 - по кислородному, 10 - по водородному, около 2 - по хлорному и другим и около 1,2 %поступает в тропосферу.

В этом балансе азот, хлор, кислород, водород и другие компоненты участвуют как бы в виде катализаторов, не меняя своего "содержания", поэтому процессы, приводящие к их накоплению в стратосфере или удалению из нее, существенно сказываются на содержании озона. В связи с этим попадание в верхние слои атмосферы даже относительно небольших количеств таких веществ может устойчиво и долгосрочно влиять на установившийся баланс, связанный с образованием и разрушением озона.

Нарушить экологический баланс, как показывает жизнь, совсем несложно. Неизмеримо сложнее восстановить его. Озоноразрушающие вещества на редкость стойки. Различные виды фреонов, попав в атмосферу, могут существовать в ней и творить свое разрушительное дело от 75 до 100 лет.

Малозаметные поначалу, но накапливающиеся изменения озонового слоя привели к тому, что в Северном полушарии в зоне от 30 до 64-го градуса северной широты с 1970 г. общее содержание озона сократилось на 4 %зимой и на 1 %летом. Над Антарктидой - а именно здесь впервые была обнаружена "пробоина" в озоновом слое - каждую полярную весну открывается огромная "дыра", с каждым годом все увеличивающаяся. Если в 1990-1991 гг. размеры озоновой "дыры" не превышали 10,1 млн. км 2 , то в 1996 г., как сообщает бюллетень Всемирной метеорологической организации (ВМО), ее площадь уже составляла 22 млн. км 2 . Эта площадь в 2 раза больше площади Европы. Количество озона над шестым континентом было вполовину ниже нормативного.

Более 40 лет ВМО наблюдает за озоновым слоем над Антарктидой. Феномен регулярного образования "дыр" именно над ней и Арктикой объясняется тем, что озон особенно легко уничтожается при низких температурах.

Впервые беспрецедентная по своим масштабам озоновая аномалия в Северном полушарии, "накрывшая" гигантскую площадь от побережья Ледовитого океана до Крыма, была зафиксирована в 1994 г. Озоновый слой угасал на 10-15 %,а в отдельные месяцы - на 20-30 %.Однако даже эта - исключительная картина не говорила о том, что вот-вот грянет еще более масштабная катастрофа.

И, тем не менее, уже в феврале 1995 г. ученые Центральной аэрологической обсерватории (ЦАО) Росгидромета зарегистрировали катастрофическое падение (на 40 %)озона над районами Восточной Сибири. К середине марта ситуация еще более осложнилась. Это означало только одно - над планетой образовалась еще одна озоновая "дыра". Однако сегодня трудно говорить о периодичности появления этой "дыры". Будет ли она увеличиваться и какую территорию захватит - это покажут наблюдения.

В 1985 г. над Антарктидой исчезла почти половина озонового слоя, при этом появилась "дыра", которая через два года расползлась на десятки миллионов квадратных километров и вышла за пределы шестого континента. С 1986 г. истощение озона не только продолжалось, но и резко усиливалось - он улетучивался в 2-3 раза быстрее, чем прогнозировали ученые. В 1992 г. озоновый слой уменьшился не только над Антарктидой, но и над другими районами планеты. В 1994 г. была зарегистрирована гигантская аномалия, захватившая территории Западной и Восточной Европы, Северной Азии и Северной Америки.

Если вникнуть в эту динамику, то складывается впечатление, что атмосферная система действительно вышла из равновесия и неизвестно, когда стабилизируется. Возможно, озоновые метаморфозы в какой-то мере есть отражение длительных циклических процессов, о которых мы мало что знаем. Для объяснения нынешних озоновых пульсаций нам не хватает данных. Быть может, они естественного происхождения, и, возможно, со временем все утрясется.

Многие страны мира разрабатывают и осуществляют мероприятия по выполнению Венских конвенций об охране озонового слоя и Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой.

В чем заключается конкретность мер по сохранению озонового слоя над Землей?

Согласно международным соглашениям промышленно развитые страны полностью прекращают производство фреонов и тетрахлорида углерода, которые также разрушают озон, а развивающиеся страны - к 2010 г. Россия из-за тяжелого финансово-экономического положения попросила отсрочки на 3-4 года.

Вторым этапом должен стать запрет на производство метилбромидов и гидрофреонов. Уровень производства первых в промышленно развитых странах с 1996 г. заморожен, гидрофреоны полностью снимаются с производства к 2030 г. Однако развивающиеся страны до сих пор не взяли на себя обязательств по контролю над этими химическими субстанциями.

Восстановить озоновый слой над Антарктидой при помощи запуска специальных воздушных шаров с установками для производства озона надеется английская группа защитников окружающей среды, которая называется "Помогите озону". Один из авторов этого проекта заявил, что озонаторы, работающие от солнечных батарей, будут установлены на сотнях шаров, наполненных водородом или гелием.

Несколько лет назад была разработана технология замены фреона специально подготовленным пропаном. Ныне промышленность уже на треть сократила выпуск аэрозолей с использованием фреонов. В странах ЕЭС намечено полное прекращение использования фреонов на заводах бытовой химии и т.д.

Разрушение озонового слоя - один из факторов, вызывающих глобальное изменение климата на нашей планете. Последствия этого явления, названного "парниковым эффектом", крайне сложно прогнозировать. А ведь ученые с тревогой говорят и о возможности изменения количества осадков, перераспределении их между зимой и летом, о перспективе превращения плодородных регионов в засушливые пустыни, повышении уровня Мирового океана в результате таяния полярных льдов.

Рост губительного воздействия ультрафиолетового излучения вызывает деградацию экосистем и генофонда флоры и фауны, снижает урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность Мирового океана.

7. Загрязнение атмосферы выбросами транспорта

Большую долю в загрязнении атмосферы составляют выбросы вредных веществ от автомобилей. Сейчас на Земле эксплуатируется около 500 млн. автомобилей, а к 2000 г. ожидается увеличение их числа до 900 млн. В 1997 г. в Москве эксплуатировались 2400 тыс. автомобилей при нормативе 800 тыс. автомобилей на действующие дороги.

В настоящее время на долю автомобильного транспорта приходится больше половины всех вредных выбросов в окружающую среду, которые являются главным источником загрязнения атмосферы, особенно в крупных городах. В среднем при пробеге 15 тыс. км за год каждый автомобиль сжигает 2 т топлива и около 26-30 т воздуха, в том числе 4,5 т кислорода, что в 50 раз больше потребностей человека. При этом автомобиль выбрасывает в атмосферу (кг/год): угарного газа - 700, диоксида азота - 40, несгоревших углеводородов - 230 и твердых веществ - 2-5. Кроме того, выбрасывается много соединений свинца из-за применения в большинстве своем этилированного бензина.

Наблюдения показали, что в домах, расположенных рядом с большой дорогой (до 10 м), жители болеют раком в 3-4 раза чаще, чем в домах, удаленных от дороги на расстояние 50 м. Транспорт отравляет также водоемы, почву и растения.

Токсичными выбросами двигателей внутреннего сгорания (ДВС) являются отработавшие и картерные газы, пары топлива из карбюратора и топливного бака. Основная доля токсичных примесей поступает в атмосферу с отработавшими газами ДВС. С картерными газами и парами топлива в атмосферу поступает приблизительно 45 % углеводородов от их общего выброса.

Количество вредных веществ, поступающих в атмосферу в составе отработавших газов, зависит от общего технического состояния автомобилей и, особенно, от двигателя - источника наибольшего загрязнения. Так, при нарушении регулировки карбюратора выбросы оксида углерода увеличиваются в 4...5 раза. Применение этилированного бензина, имеющего в своем составе соединения свинца, вызывает загрязнение атмосферного воздуха весьма токсичными соединениями свинца. Около 70 %свинца, добавленного к бензину с этиловой жидкостью, попадает в виде соединений в атмосферу с отработавшими газами, из них 30 % оседает на земле сразу за срезом выпускной трубы автомобиля, 40 % остается в атмосфере. Один грузовой автомобиль средней грузоподъемности выделяет 2,5...3 кг свинца в год. Концентрация свинца в воздухе зависит от содержания свинца в бензине.

Исключить поступление высокотоксичных соединений свинца в атмосферу можно заменой этилированного бензина неэтилированным.

Выхлопные газы ГТДУ содержат такие токсичные компоненты, как оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, сажу, альдегиды и др. Содержание токсичных составляющих в продуктах сгорания существенно зависит от режима работы двигателя. Высокие концентрации оксида углерода и углеводородов характерны для газотурбинных двигательных установок (ГТДУ) на пониженных режимах (при холостом ходе, рулении, приближении к аэропорту, заходе на посадку), тогда как содержание оксидов азота существенно возрастает при работе на режимах, близких к номинальному (взлете, наборе высоты, полетном режиме).

Суммарный выброс токсичных веществ в атмосферу самолетами с ГТДУ непрерывно растет, что обусловлено повышением расхода топлива до 20...30 т/ч и неуклонным ростом числа эксплуатируемых самолетов. Отмечается влияние ГТДУ на озоновый слой и накопление углекислого газа в атмосфере.

Наибольшее влияние на условия обитания выбросы ГГДУ оказывают в аэропортах и зонах, примыкающих к испытательным станциям. Сравнительные данные о выбросах вредных веществ в аэропортах подзывают, что поступления от ГТДУ в приземной слой атмосферы составляют, %: оксид углерода - 55, оксиды азота - 77, углеводороды - 93 и аэрозоль - 97. Остальные выбросы выделяют наземные транспортные средства с ДВС.

Загрязнение воздушной среды транспортом с ракетными двигательными установками происходит главным образом при их работе перед стартом, при взлете, при наземных испытаниях в процессе их производства или после ремонта, при хранении и транспортировании топлива. Состав продуктов сгорания при работе таких двигателей определяется составом компонентов топлива, температурой сгорания, процессами диссоциации и рекомбинации молекул. Количество продуктов сгорания зависит от мощности (тяги) двигательных установок. При сгорании твердого топлива из камеры сгорания выбрасываются пары воды, диоксид углерода, хлор, пары соляной кислоты, оксид углерода, оксид азота, а также твердые частицы Аl 2 O 3 со средним размером 0,1 мкм (иногда до 10 мкм).

При старте ракетные двигатели неблагоприятно воздействуют не только на приземной слой атмосферы, но и на космическое пространство, разрушая озоновый слой Земли. Масштабы разрушения озонового слоя определяются числом запусков ракетных систем и интенсивностью полетов сверхзвуковых самолетов.

В связи с развитием авиации и ракетной техники, а также интенсивным использованием авиационных и ракетных двигателей в других отраслях народного хозяйства существенно возрос общий выброс вредных примесей в атмосферу. Однако на долю этих двигателей приходится пока не более 5 % токсичных веществ, поступающих в атмосферу от транспортных средств всех типов.

8. Мероприятия по борьбе с выбросами автотранспорта

Оценка автомобилей по токсичности выхлопов. Большое значение имеет повседневный контроль над автомашинами. Все автохозяйства обязаны следить за исправностью выпускаемых на линию машин. При хорошо работающем двигателе в выхлопных газах окиси углерода должно содержаться не более допустимой нормы.

Положением о Государственной автомобильной инспекции на нее возложен контроль за выполнением мероприятий по охране окружающей среды от вредного влияния автомототранспорта.

В принятом стандарте на токсичность предусмотрено дальнейшее ужесточение нормы, хотя они и сегодня в России жестче европейских: по окиси углерода-на 35 %, по углеводородам-на 12 %, по окислам азота-на 21 %.

На заводах введены контроль и регулирование автомобилей по токсичности и дымности отработавших газов.

Системы управления городским транспортом. Разработаны новые системы регулирования уличного движения, которые сводят к минимуму возможность образования пробок, потому что, останавливаясь и потом набирая скорость, автомобиль выбрасывает в несколько раз больше вредных веществ, чем при равномерном движении.

Построены автомагистрали в обход городов, которые приняли весь поток транзитного транспорта, который раньше нескончаемой лентой тянулся по городским улицам. Резко снизилась интенсивность движения, уменьшился шум, чище стал воздух.

В Москве создана автоматизированная система управления дорожным движением "Старт". Благодаря совершенным техническим средствам, математическим методам и вычислительной технике она позволяет оптимально управлять движением транспорта во всем городе и полностью освобождает человека от обязанностей непосредственного регулирования автомобильных потоков. "Старт" на 20-25 % сократит задержки транспорта у перекрестков, на 8-10 % уменьшит количество дорожно-транспортных происшествий, улучшит санитарное состояние городского воздуха, увеличит скорость сообщения общественного транспорта, снизит уровень шумов.

Перевод автотранспорта на дизельные двигатели. По мнению специалистов, перевод автотранспорта на дизельные двигатели уменьшит выброс в атмосферу вредных веществ. В выхлопе дизеля почти не содержится ядовитой окиси углерода, так как дизельное топливо сжигается в нем практически полностью. К тому же дизельное топливо свободно от тетраэтила свинца, присадки, которая используется для повышения октанового числа бензина, сжигаемого в современных карбюраторных двигателях с высокой степенью сжигания.

Дизель экономичнее карбюраторного двигателя на 20-30 %. Более того, для производства 1 л дизельного топлива требуется в 2,5 раза меньше энергии, чем для производства того же количества бензина. Получается, таким образом, как бы двойная экономия энергоресурсов. Именно этим объясняется быстрый рост числа автомобилей, работающих на дизельном топливе.

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания. Создание автомобилей с учетом требований экологии-одна из серьезных задач, которые стоят сегодня перед конструкторами.

Совершенствование процесса сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания, применение электронной системы зажигания приводит к уменьшению в выхлопе вредных веществ.

Нейтрализаторы. Большое внимание придается разработке устройства снижения токсичности-нейтрализаторов, которыми можно оснастить современные автомобили.

Способ каталитического преобразования продуктов сгорания заключается в том, что отработавшие газы очищаются, вступая в контакт с катализатором. Одновременно происходит дожигание продуктов неполного сгорания, содержащихся в выхлопе автомобилей.

Нейтрализатор крепят к выхлопной трубе, и газы, прошедшие через него, выбрасываются в атмосферу очищенными. Одновременно устройство может выполнять функции глушителя шума. Эффект от использования нейтрализаторов достигается внушительный: при оптимальном режиме выброс в атмосферу оксида углерода уменьшается на 70-80 %, а углеводородов-на 50-70 %.

Значительно улучшить состав выхлопных газов можно с помощью различных добавок к топливу. Ученые разработали присадку, которая снижает содержание сажи в выхлопных газах на 60-90 % и канцерогенных веществ-на 40 %.

В последнее время на нефтеперерабатывающих предприятиях страны широко внедряется процесс каталитического риформинга низкооктановых бензинов. В результате можно выпускать неэтилированные, малотоксичные бензины. Использование их снижает загрязненность атмосферного воздуха, увеличивает срок службы автомобильных двигателей, сокращает расход топлива.

...

Подобные документы

Основные загрязнители атмосферного воздуха и глобальные последствия загрязнения атмосферы. Естественные и антропогенные источники загрязнения. Факторы самоочищения атмосферы и методы очистки воздуха. Классификация типов выбросов и их источников.

презентация , добавлен 27.11.2011


Основные природные и антропогенные источники загрязнения атмосферы и их влияние на здоровье человека. Охрана атмосферного воздуха - ключевая проблема оздоровления окружающей природной среды. Нарушение озонового слоя, загрязнение воды и способы ее очистки.

контрольная работа , добавлен 10.11.2010


Требования Закона "Об охране атмосферного воздуха", предъявляемые к промышленному предприятию. Основные направления безотходного промышленного производства. Источники промышленного загрязнения атмосферы. Физико-химические методы очистки сточных вод.

контрольная работа , добавлен 16.11.2014


Основные источники загрязнения атмосферного воздуха и экологические последствия. Средства защиты атмосферы: сухие и мокрые пылеуловители, фильтры. Абсорбционная, адсорбционная, каталитическая и термическая очистка воздуха. Расчет циклона ЦН-24 и бункера.

курсовая работа , добавлен 17.12.2014


Охрана атмосферного воздуха - ключевая проблема оздоровления окружающей природной среды. Загрязнение атмосферного воздуха, источники загрязнения. Глобальные экологические последствия загрязнения атмосферы. Нарушение озонового слоя. Кислотные дожди.

реферат , добавлен 13.04.2008


Строение и состав атмосферы. Загрязнение атмосферы. Качество атмосферы и особенности ее загрязнения. Основные химические примеси, загрязняющие атмосферу. Методы и средства защиты атмосферы. Классификация систем очистки воздуха и их параметры.

реферат , добавлен 09.11.2006


Загрязнение атмосферы в результате антропогенной деятельности, изменение химического состава атмосферного воздуха. Природное загрязнение атмосферы. Классификация загрязнения атмосферы. Вторичные и первичные промышленные выбросы, источники загрязнения.

реферат , добавлен 05.12.2010


Виды и источники загрязнения атмосферного воздуха, основные методы и способы его очистки. Классификация газоочистного и пылеулавливающего оборудования, работа циклонов. Сущность абсорбции и адсорбции, системы очистки воздуха от пыли, туманов и примесей.

курсовая работа , добавлен 09.12.2011


Количество вредных веществ, выделяемых в атмосферу. Подразделение атмосферы на слои в соответствии с температурой. Основные загрязнители атмосферы. Кислотные дожди, влияние на растения. Уровни фотохимического загрязнения воздуха. Запыленность атмосферы.

реферат , добавлен 18.01.2009


Специфика химического загрязнения атмосферы, опасности парникового эффекта. Кислотные дожди, роль концентрации озона в атмосфере, современные проблемы озонового слоя. Загрязнение атмосферы выбросами автомобильного транспорта, состояние проблемы в Москве.

В настоящее время разработано и опробовано в промышленности большое количество различных методов очистки газов от технических загрязнений: NOx, SO2, H2S, NH3, оксида углерода, различных органических и неорганических веществ.

Опишем эти основные методы и укажем их преимущества и недостатки.

а) Абсорбционный метод.

Абсорбция представляет собой процесс растворения газообразного компонента в жидком растворителе. Абсорбционные системы разделяют на водные и неводные. Во втором случае применяют обычно малолетучие органические жидкости. Жидкость используют для абсорбции только один раз или же проводят ее регенерацию, выделяя загрязнитель в чистом виде. Схемы с однократным использованием поглотителя применяют в тех случаях, когда абсорбция приводит непосредственно к получению готового продукта или полупродукта. В качестве примеров можно назвать:

получение минеральных кислот (абсорбция SO3 в производстве серной кислоты, абсорбция

оксидов азота в производстве азотной кислоты) ,

получение солей (абсорбция оксидов азота щелочными растворами с получением нитрит-нитратных щелоков, абсорбция водными растворами извести или известняка с получением

сульфата кальция),

других веществ (абсорбция NH3 водой для получения аммиачной воды и др.).

Схемы с многократным использованием поглотителя (циклические процессы) распространены шире. Их применяют для улавливания углеводородов, очистки от SO2 дымовых газов ТЭС, очистки вентгазов от сероводорода железно-содовым методом с получением элементарной серы, моноэтаноламиновой очистки газов от СО2 в азотной промышленности.

В зависимости от способа создания поверхности соприкосновения фаз различают поверхностные, барботажные и распыливающие абсорбционные аппараты.

В первой группе аппаратов поверхностью контакта между фазами является зеркало жидкости или поверхность текучей пленки жидкости. Сюда же относят насадочные абсорбенты, в которых жидкость стекает по поверхности загруженной в них насадки из тел различной формы. Во второй группе абсорбентов поверхность контакта увеличивается благодаря распределению потоков газа в жидкость в виде пузырьков и струй. Барботаж осуществляют путем пропускания газа через заполненный жидкостью аппарат либо в аппаратах колонного типа с тарелками различной формы.

В третьей группе поверхность контакта создается путем распыления жидкости в массе газа. Поверхность контакта и эффективность процесса в целом определяется дисперсностью

распыленной жидкости.

Наибольшее распространение получили насадочные (поверхностные) и барботажные тарельчатые абсорберы.Для эффективного применения водных абсорбционных сред удаляемый компонент должен хорошо растворяться в абсорбционной среде и часто химически взаимодействовать с водой, как, например, при очистке газов от HCl, HF, NH3, NO2. Для абсорбции газов с меньшей растворимостью (SO2, Cl2, H2S) используют щелочные растворы на основе NaOH или Ca(OH)2. Добавки химических реагентов во многих случаях увеличивают эффективность абсорбции благодаря протеканию химических реакций в пленке. Для очистки газов от углеводородов этот метод на практике используют значительно реже, что обусловлено, прежде всего, высокой стоимостью абсорбентов. Общими недостатками абсорбционных методов является образование жидких стоков и громоздкость аппаратурного оформления.

б) Адсорбционный метод.

Адсорбционный метод являются одним из самых распространенных средств защиты воздушного бассейна от загрязнений. Только в США введены и успешно эксплуатируются десятки тысяч адсорбционных систем. Основными промышленными адсорбентами являются активированные угли, сложные оксиды и импрегнированные сорбенты. Активированный уголь (АУ) нейтрален по отношению к полярным и неполярным молекулам адсорбируемых соединений. Он менее селективен, чем многие другие сорбенты, и является одним из немногих, пригодных для работы во влажных газовых потоках. Активированный уголь используют, в частности, для очистки газов от дурно пахнущих веществ, рекуперации растворителей и т.д.

Оксидные адсорбенты (ОА) обладают более высокой селективностью по отношению к полярным молекулам в силу собственного неоднородного распределения электрического потенциала. Их недостатком является снижение эффективности в присутствии влаги. К классу ОА относят силикагели, синтетические цеолиты, оксид алюминия.

Можно выделить следующие основные способы осуществления процессов адсорбционной очистки:

После адсорбции проводят десорбцию и извлекают уловленные компоненты для повторного использования. Таким способом улавливают различные растворители, сероуглерод в производстве искусственных волокон и ряд других примесей.

После адсорбции примеси не утилизируют, а подвергают термическому или каталитическому дожиганию. Этот способ применяют для очистки отходящих газов химико-фармацевтических и лакокрасочных предприятий, пищевой промышленности и ряда других производств. Данная разновидность адсорбционной очистки экономически оправдана при низких концентрациях загрязняющих веществ и (или) многокомпонентных загрязнителей.

После очистки адсорбент не регенерируют, а подвергают, например, захоронению или сжиганию вместе с прочно хемосорбированным загрязнителем. Этот способ пригоден при использовании дешевых адсорбентов.

Для десорбции примесей используют нагревание адсорбента, вакуумирование, продувку инертным газом, вытеснение примесей более легко адсорбирующимся веществом, например, водяным паром. В последнее время особое внимание уделяют десорбции примесей путем вакуумирования, при этом их часто удается легко утилизировать.

Для проведения процессов адсорбции разработана разнообразная аппаратура. Наиболее распространены адсорберы с неподвижным слоем гранулированного или сотового адсорбента. Непрерывность процессов адсорбции и регенерации адсорбента обеспечивается применением аппаратов с кипящим слоем.

В последние годы все более широкое применение получают волокнистые сорбционно-активные материалы. Мало отличаясь от гранулированных адсорбентов по своим емкостным характеристикам, они значительно превосходят их по ряду других показателей. Например, их отличает более высокая химическая и термическая стойкость, однородность пористой структуры, значительный объем микропор и более высокий коэффициент массопередачи (в 10-100 раз больше, чем у сорбционных материалов). Установки, в которых используются волокнистые материалы, занимают значительно меньшую площадь. Масса адсорбента при использовании волокнистых материалов меньше, чем при использовании АУ в 15-100 раз, а масса аппарата в 10 раз. Сопротивление слоя не превышает при этом 100 Па.

Повысить технико-экономические показатели существующих процессов удается также путем оптимальной организации стадии десорбции, например, за счет программированного подъема температуры.

Следует отметить эффективность очистки на активированных углях сотовой (ячеистой) структуры, обладающих улучшенными гидравлическими характеристиками. Такие сорбенты могут быль получены нанесением определенных композиций с порошком АУ на вспененную синтетическую смолу или вспениванием смеси заданного состава, содержащей АУ, а также выжиганием наполнителя из смеси, включающей АУ вместе со связующим.

Еще одним направлением усовершенствования адсорбционных методов очистки является разработка новых модификаций адсорбентов – силикагелей и цеолитов, обладающих повышенной термической и механической прочностью. Однако гидрофильность этих адсорбентов затрудняет их применение.

Наибольшее распространение получили адсорбционные методы извлечения из отходящих газов растворителей, в том числе хлорорганических. Это связано с высокой эффективностью процесса очистки газов (95-99%), отсутствием химических реакций образования вторичных загрязнителей, быстрой окупаемостью рекуперационных установок (обычно 2-3 года) благодаря повторному использованию растворителей и длительным (до 10 лет) сроком службы АУ. Ведутся активные работы по адсорбционному извлечению из газов оксидов серы и азота.

Адсорбционные методы являются одним из самых распространенных в промышленности способов очистки газов. Их применение позволяет вернуть в производство ряд ценных соединений. При концентрациях примесей в газах более 2-5 мг/ м куб. очистка оказывается даже рентабельной. Основной недостаток адсорбционного метода заключается в большой энергоемкости стадий десорбции и последующего разделения, что значительно осложняет его применение для многокомпонентных смесей.

в) Термическое дожигание.

Дожигание представляет собой метод обезвреживания газов путем термического окисления различных вредных веществ, главным образом органических, в практически безвредных или менее вредных, преимущественно СО2 и Н2О. Обычные температуры дожигания для большинства соединений лежат в интервале 750-1200 град.С. Применение термических методов дожигания позволяет достичь 99%-ной очистки газов.

При рассмотрении возможности и целесообразности термического обезвреживания необходимо учитывать характер образующихся продуктов горения. Продукты сжигания газов, содержащих соединения серы, галогенов, фосфора, могут превосходить по токсичности исходный газовый выброс. В этом случае необходима дополнительная очистка. Термическое дожигание весьма эффективно при обезвреживании газов, содержащих токсичные веществав виде твердых включений органического происхождения (сажа, частицы углерода, древесная пыль и т.д.).

Важнейшими факторами, определяющими целесообразность термического обезвреживания, являются затраты энергии (топлива) для обеспечения высоких температур в зоне реакции, калорийность обезвреживаемых примесей, возможность предварительного подогрева очищаемых газов. Повышение концентрации дожигаемых примесей ведет к значительному снижению расхода топлива. В отдельных случаях процесс может протекать в автотермическом режиме, т. е. рабочий режим поддерживается только за счет тепла реакции глубокого окисления вредных примесей и предварительного подогрева исходной смеси отходящими обезвреженными газами.

Принципиальную трудность при использовании термического дожигания создает образование вторичных загрязнителей, таких как оксиды азота, хлор, SO2 и др.

Термические методы широко применяются для очистки отходящих газов от токсичных горючих соединений. Разработанные в последние годы установки дожигания отличаются компактностью и низкими энергозатратами. Применение термических методов эффективно для дожигания пыли многокомпонентных и запыленных отходящих газов.

г). Термокаталитические методы.

Каталитические методы газоочистки отличаются универсальностью. С их помощью можно освобождать газы от оксидов серы и азота, различных органических соединений, монооксида углерода и других токсичных примесей. Каталитические методы позволяют преобразовывать вредные примеси в безвредные, менее вредные и даже полезные. Они дают возможность перерабатывать многокомпонентные газы с малыми начальными концентрациями вредных примесей, добиваться высоких степеней очистки, вести процесс непрерывно, избегать образования вторичных загрязнителей. Применение каталитических методов чаще всего ограничивается трудностью поиска и изготовления пригодных для длительной эксплуатации и достаточно дешевых катализаторов. Гетерогенно-каталитическое превращение газообразных примесей осуществляют в реакторе, загруженном твердым катализатором в виде пористых гранул, колец, шариков или блоков со структурой, близкой к сотовой. Химическое превращение происходит на развитой внутренней поверхности катализаторов, достигающей 1000 м кв. / г.

В качестве эффективных катализаторов, находящих применение на практике, служат самые различные вещества – от минералов, которые используются почти без всякой предварительной обработки, и простых массивных металлов до сложных соединений заданного состава и строения. Обычно каталитическую активность проявляют твердые вещества с ионными или металлическими связями, обладающие сильными межатомными полями. Одно из основных требований, предъявляемых к катализатору - устойчивость его структуры в условиях реакции. Например, металлы не должны в процессе реакции превращаться в неактивные соединения.

Современные катализаторы обезвреживания характеризуются высокой активностью и селективностью, механической прочностью и устойчивостью к действию ядов и температур. Промышленные катализаторы, изготавливаемые в виде колец и блоков сотовой структуры, обладают малым гидродинамическим сопротивлением и высокой внешней удельнойповерхностью.

Наибольшее распространение получили каталитические методы обезвреживания отходящих газов в неподвижном слое катализатора. Можно выделить два принципиально различных метода осуществления процесса газоочистки - в стационарном и в искусственно создаваемом нестационарном режимах.

1. Стационарный метод.

Приемлемые для практики скорости химических реакций достигаются на большинстве дешевых промышленных катализаторов при температуре 200-600 град С. После предварительной очистки от пыли (до 20 мг/ м куб.) и различных каталитических ядов (As,Cl2 и др.) газы обычно имеют значительно более низкую температуру.

Подогрев газов до необходимых температур можно осуществлять за счет ввода горячих дымовых газов или с помощью электроподогревателя. После прохождения слоя катализатора очищенные газы выбрасываются в атмосферу, что требует значительных энергозатрат. Добиться снижения энергозатрат можно, если тепло отходящих газов использовать для нагревания газов, поступающих в очистку. Для нагрева служат обычно рекуперативные трубчатые теплообменники.

При определенных условиях, когда концентрация горючих примесей в отходящих газах превышает 4-5 г/м куб., осуществление процесса по схеме с теплообменником позволяет обойтись без дополнительных затрат.

Такие аппараты могут эффективно работать только при постоянных концентрациях (расходах) или при использовании совершенных систем автоматического управления процессом.

Эти трудности удается преодолеть, проводя газоочистку в нестационарном режиме.

2. Нестационарный метод (реверс-процесс).

Реверс-процесс предусматривает периодическое изменение направлений фильтрации газовой смеси в слое катализатора с помощью специальных клапанов. Процесс протекаетследующим образом. Слой катализатора предварительно нагревают до температуры, при которой каталитический процесс протекает с высокой скоростью. После этого в аппарат подают очищенный газ с низкой температурой, при которой скорость химического превращения пренебрежимо мала. От прямого контакта с твердым материалом газ нагревается, и в слое катализатора начинает с заметной скоростью идти каталитическая реакция. Слой твердого материала (катализатора), отдавая тепло газу, постепенно охлаждается до температуры, равной температуре газа на входе. Поскольку в ходе реакции выделяется тепло, температура в слое может превышать температуру начального разогрева. В реакторе формируется тепловая волна, которая перемещается в направлении фильтрации реакционной смеси, т.е. в направлении выхода из слоя. Периодическое переключение направления подачи газа на противоположное позволяет удержать тепловую волну в пределах слоя как угодно долго.

Преимущество этого метода в устойчивости работы при колебаниях концентраций горючих смесей и отсутствие теплообменников.

Основным направлением развития термокаталитических методов является создание дешевых катализаторов, эффективно работающих при низких температурах и устойчивых к различным ядам, а также разработка энергосберегающих технологических процессов с малыми капитальными затратами на оборудование. Наиболее массовое применение термокаталитические методы находят при очистке газов от оксидов азота, обезвреживании и утилизации разнообразных сернистых соединений, обезвреживания органических соединений и СО.

Для концентраций ниже 1 г/м куб. и больших объемов очищаемых газов использование термокаталитического метода требует высоких энергозатрат, а также большого количества катализатора.

д). Озонные методы.

Озонные методы применяют для обезвреживания дымовых газов от SO2(NOx) и дезодорации газовых выбросов промышленных предприятий. Введение озона ускоряет реакции окисление NO до NO2 и SO2 до SO3 . После образования NO2 и SO3 в дымовые газы вводят аммиак и выделяют смесь образовавшихся комплексных удобрений (сульфата и нитрата аммония).Время контакта газа с озоном, необходимое для очистки от SO2 (80-90%) и NOx (70-80%)составляет 0,4 – 0,9 сек. Энергозатраты на очистку газов озонным методом оценивают в 4-4,5% от эквивалентной мощности энергоблока, что является, по-видимому, основной причиной, сдерживающей промышленное применение данного метода.

Применение озона для дезодорации газовых выбросов основано на окислительном разложении дурно пахнущих веществ. В одной группе методов озон вводят непосредственно в очищаемые газы, в другой газы промывают предварительно озонированной водой. Применяют также последующее пропускание озонированного газа через слой активированного угля или подачуего на катализатор. При вводе озона и последующем пропускании газа через катализатор температура превращения таких веществ как амины, ацетальдегид, сероводород и др.понижается до 60-80 град.С. В качестве катализатора используют как Pt/Al2O3, так и оксиды меди, кобальта, железа на носителе. Основное применение озонные методы дезодорации находят при очистке газов, которые выделяются при переработке сырья животного происхождения на мясо- (жиро-)комбинатах и в быту.

е). Биохимические методы.

Биохимические методы очистки основаны на способности микроорганизмов разрушать и преобразовывать различные соединения. Разложение веществ происходит под действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами в среде очищаемых газов. При частом изменении состава газа микроорганизмы не успевают адаптироваться для выработки новых ферментов, и степень разрушения вредных примесей становится неполной. Поэтому биохимические системы более всего пригодны для очистки газов постоянного состава.

Биохимическую газоочистку проводят либо в биофильтрах, либо в биоскрубберах. В биофильтрах очищаемый газ пропускают через слой насадки, орошаемый водой, которая создает влажность, достаточную для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов. Поверхность насадки покрыта биологически активной биопленкой (БП) из микроорганизмов.

Микроорганизмы БП в процессе своей жизнедеятельности поглощают и разрушают содержащиеся в газовой среде вещества, в результате чего происходит рост их массы. Эффективность очистки в значительной мере определяется массопереносом из газовой фазы в БП и равномерным распределением газа в слое насадки. Такого рода фильтры используют, например, для дезодорации воздуха. В этом случае очищаемый газовый поток фильтруется в условиях прямотока с орошаемой жидкостью, содержащей питательные вещества. После фильтра жидкость поступает в отстойники и далее вновь подается на орошение.

В настоящее время биофильтры используют для очистки отходящих газов от аммиака, фенола, крезола, формальдегида, органических растворителей покрасочных и сушильных линий, сероводорода, метилмеркаптана и других сероорганических соединений.

К недостаткам биохимических методов следует отнести, во-первых, низкую скорость биохимических реакций, что увеличивает габариты оборудования; во-вторых, специфичность (высокую избирательность) штаммов микроорганизмов, что затрудняет переработку многокомпонентных смесей; в-третьих, трудоемкость переработки смесей переменного состава.

ж). Плазмохимические методы.

Плазмохимический метод основан на пропускании через высоковольтный разряд воздушной смеси с вредными примесями. Используют, как правило, озонаторы на основе барьерных, коронных или скользящих разрядов, либо импульсные высокочастотные разряды на электрофильтрах. Проходящий низкотемпературную плазму воздух с примесями подвергается бомбардировке электронами и ионами. В результате в газовой среде образуется атомарный кислород, озон, гидроксильные группы, возбуждённые молекулы и атомы, которые и участвуют в плазмохимических реакциях с вредными примесями. Основные направления по применению данного метода идут по удалению SO2, NOx и органических соединений. Использование аммиака, при нейтрализации SO2 и NOx, дает на выходе после реактора порошкообразные удобрения (NH4)2SO4 и NH4NH3, которые фильтруются.

Недостатком данного метода являются:

недостаточно полное разложение вредных веществ до воды и углекислого газа, в случае окисления органических компонентов, при приемлемых энергиях разряда

наличие остаточного озона, который необходимо разлагать термически либо каталитически

существенная зависимость от концентрации пыли при использовании озонаторов с применением барьерного разряда.

3) Плазмокаталитический метод

Это довольно новый способ очистки, который использует два известных метода – плазмохимический и каталитический. Установки, работающие на основе этого метода, состоят из двух ступеней. Первая – это плазмохимический реактор (озонатор), вторая - каталитический реактор. Газообразные загрязнители, проходя зону высоковольтного разряда в газоразрядных ячейках и взаимодействуя с продуктами электросинтеза, разрушаются и переходят в безвредные соединения, вплоть до СО2 и Н2О. Глубина конверсии (очистки) зависит от величины удельной энергии, выделяющейся в зоне реакции. После плазмохимического реактора воздух подвергается финишной тонкой очистке в каталитическом реакторе. Синтезируемый в газовом разряде плазмохимического реактора озон попадает на катализатор, где сразу распадается на активный атомарный и молекулярный кислород. Остатки загрязняющих веществ (активные радикалы, возбужденные атомы и молекулы), не уничтоженные в плазмохимическом реакторе, разрушаются на катализаторе благодаря глубокому окислению кислородом.

Преимуществом этого метода являются использование каталитических реакций при температурах, более низких (40-100 град. С), чем при термокаталитическом методе, что приводит к увеличению срока службы катализаторов, а также к меньшим энергозатратам (при концентрациях вредных веществ до 0,5 г/ м куб.).

Недостатками данного метода являются:

большая зависимость от концентрации пыли, необходимость предварительной очистки до концентрации 3-5 мг/м куб.,

при больших концентрациях вредных веществ (свыше 1 г/м куб.) стоимость оборудования и эксплуатационные расходы превышают соответствующие затраты в сравнении с термокаталитическим методом

и) Фотокаталитический метод.

Сейчас широко изучается и развивается Фотокаталитический метод окисления органических соединений. В основном при этом используются катализаторы на основе ТiО2 , которые облучаются ультрафиолетом. Известны бытовые очистители воздуха японской фирмы «Daikin», использующие этот метод. Недостатком метода является засорение катализатора продуктами реакции. Для решения этой задачи используют введение в очищаемую смесь озона, однако данная технология применима для ограниченного состава органических соединений и при небольших концентрациях.

Вывоз, переработка и утилизация отходов с 1 по 5 класс опасности

Работаем со всеми регионами России. Действующая лицензия. Полный комплект закрывающих документов. Индивидуальный подход к клиенту и гибкая ценовая политика.

С помощью данной формы вы можете оставить заявку на оказание услуг, запросить коммерческое предложение или получить бесплатную консультацию наших специалистов.

Отправить

На сегодняшний день, как никогда остро, стоит вопрос вредными веществами. Очистка воздуха является наиболее приоритетной задачей, из-за высокого уровня загрязнения, главной причиной которого является деятельность человека, в частности, развитие промышленности, сельского хозяйства, увеличение количества автотранспортных средств.

Ежедневный объем выбросов вредных веществ (газы, вредные примеси), которые вступают в реакцию с атмосферными газами (O2, N2) ведут к изменению состава воздуха и увеличению количества СО2. Различные изменения в атмосфере ведут к возникновению кислотных осадков, негативно влияющих на грунты, почву, флору и фауну. Кроме этого, такие осадки ведут к постепенному разрушению архитектурных объектов, сооружений, зданий, оборудования.

Весомый вклад в загрязнение атмосферы вносят промышленные производства, которые были введены в эксплуатацию несколько десятилетий назад, и функционирующие по сей день, не имеющие современной системы очистки воздуха. Очень часто в слаборазвитых странах отсутствует какое-либо оборудование для очистки воздуха, что приводит к настоящей экологической катастрофе на близлежащих территориях.

Средства защиты атмосферы

Выделим основные меры по очистке атмосферного воздуха и защите атмосферы от вредного антропогенного влияния:

• Внедрение современных экологически безопасных технологических процессов на производстве. Создание малоотходных или замкнутых технологических циклов, которые способствуют полному исключению или же значительному снижению вредных выбросов в атмосферу. Предварительное очищение используемого сырья, для снижения в его составе вредных примесей. Переход на альтернативные источники энергии, которые вообще не имеют вредных компонентов, загрязняющих атмосферу, либо, имеют минимальное содержание вредных веществ. Переход с двигателей внутреннего сгорания, на альтернативные моторы: электродвигатели, гибридные, водородные и другие.
• Внедрение очистных сооружений. К средствам защиты атмосферы от вредного влияния жизнедеятельности человека должны относиться способы очистки воздуха при помощи очистных сооружений, которые позволят довести до минимума вредные выбросы в атмосферу на производстве и в сельском хозяйстве.
• Внедрение санитарных зон. СЗЗ – санитарно-защитная зона – полоса территории, которая разделяет промышленную зону от жилой. Ранее при строительстве промышленных и жилых объектов практически не обращали внимание на использование санитарно-защитных зон, что приводило к размещению рядом производственной и жилой зоны. Установление ССЗ, ее длина, ширина, площадь определяются исходя из количества выделяемых в атмосферу вредных примесей.
• Внедрение правильного архитектурно-планировочного разделения подразумевает правильное расположение промышленных производств и жилых сооружений: с учетом рельефа местности, направления ветра, автомобильных и других видов дорог.

Методы очистки

На сегодняшний день существуют различные методы очищения, выделим самые эффективные.

Озонный метод

Озонный метод используют для очистки атмосферного воздуха от вредных выбросов и дезодорации выбросов с промышленных предприятий. Делают это путем введения озона, который способствует ускорению окислительных реакций. Время контакта газа с озоном, для обезвреживания вредных компонентов составляет от 0,5 до 0,9 секунды.

Усредненные затраты на использование озона в качестве дезодоратора и очистителя составляют до 4,5% от мощности энергоблока. Такая очистка воздуха от вредных веществ, обычно, используется не в промышленности, а при переработке животного сырья (мясо и жирокомбинаты), а также в быту.

Термокаталитический метод

Основан на использовании в качестве очистителя — катализатора. В емкости (реакторе) с содержанием катализатора происходит очищение токсичных газообразных примесей. Катализаторами обычно выступают: минералы, металлы, которые обладают сильными межатомными полями. Катализатор должен иметь устойчивую структуру в условиях возникновения реакции.

Этим способом выполняется эффективное очищение от запахов и вредных соединений. Он довольно дорогой. Поэтому главная тенденция последних лет направлена на создание и развитие недорогих катализаторов, которые эффективно работают при любых температурах, в любых условиях, устойчивы к ядовитым соединениям, и, кроме этого, являются энергоэффективными, с минимальными затратами на их эксплуатацию. Использование катализаторов, в качестве очистителей, довольно широко применяется при очищении газов от оксидов азота.

Абсорбционный метод

Заключается в растворении в жидком растворителе газообразного компонента. Загрязнитель выделяют при помощи жидкости, которую используют один раз. Так получают минеральные кислоты, соли и другие вещества. Плазмохимический метод заключается в использовании в качестве очистителя высоковольтных разрядов, через которые пропускают загрязненную воздушную смесь. В качестве оборудования применяют электрофильтры.

Адсорбционный метод

Его можно назвать одним из самых распространенных, особенно на территории США. Очищение воздушного пространства от вредных примесей на основе адсорбции доказало свою эффективность в промышленной эксплуатации.

Специальные системы, где основные адсорбенты это сорбенты, оксиды и активированные угли, позволяют не только очистить плохо пахнущие дымовые газы от запаха, но и в разы снижают содержание в них вредных веществ, а после этого выполняют каталитическое или термическое дожигание, чтобы добиться максимального результата. Особенно данный комплекс мер часто применяют в химической, фармацевтической или пищевой промышленности.

Термический метод или термическое дожигание

Из названия понятно, что очищение вредных выбросов заключается в их термическом окислении, при температуре от 750 до 1200 °C. Этим способом достигается 99% очистка газов. Из недостатков следует отметить ограниченность применения.

Этот способ эффективный для очистки газов, содержащих твердые включения в виде: углерода, сажи, древесной пыли. Если в выбросах содержатся такие примеси, как сера, фосфор, галогены, то продукты горения при использовании термокаталитического метода по своей токсичности будут превосходить исходные.

Плазмокаталитический

Новый метод, объединяющий в себе методы очистки воздуха от вредных веществ: каталитический и плазмохимический. Эти мероприятия по очистке воздуха от вредных веществ хорошо изучены и широко применяются на практике, а данный метод, является новым и высокоэффективным. Происходит двухступенчатая очистка через реакторы:

1. Плазмохимический реактор, в котором происходит озонирование.
2. Каталитический реактор. На первом этапе вредные примеси проходят через высоковольтный разряд, где, взаимодействуя с продуктами электросинтеза, переходят в экологически безопасные соединения. На втором этапе происходит финишная очистка при помощи синтеза на молекулярный и атомарный кислород. Остатки вредных веществ окисляются кислородом.

Недостатком этого метода является его дороговизна и обязательная предварительная очистка воздуха от пыли. В особенности, при ее большом содержании.

Фотокаталитический

Фотокаталитический метод очистки воздуха от вредных веществ также относится к современным, инновационным, которые применяются все чаще. Применяется аппарат для очистки воздуха на основе катализаторов из TiO2 (оксид титана), которые облучаются ультрафиолетом. Этот метод широко используется в бытовых очистительных приборах и является одним из самых эффективных путей очищения поступающего воздуха.

Критерии выбора очистителей

Очистка воздуха в помещении сегодня очень актуальна для многих людей, живущих в городе. Его качество оставляет желать лучшего, поэтому активное развитие получила не только промышленная очистка продуктов производства, но и бытовая очистка воздуха от запахов, вредных веществ, табака, пыли.

Чтобы получить качественное и чистое воздушное пространство в помещении, необходимо оборудование с качественными и эффективными фильтрами.

Используемые фильтры

В основном, используют несколько видов фильтров:

• угольные
• водные
• озонирующие
• фотокаталитические
• электростатические

Каждый из видов имеет свои недостатки и преимущества. В Эффективных моделях очистителей всегда используют не один, а несколько разных средств очистки воздуха (многоступенчатая очистка). Вам могут предложить очистители воздуха с красивыми цветными дисплеями, лапочками, индикаторами, но на чистоту воздуха в помещении данные функции влияния не оказывают.

Чтобы очистка воздуха действительно была эффективной, а деньги потрачены не зря, всегда выбирайте прибор для очистки воздуха с наличием нескольких видов очищающих компонентов. Чем больше их будет, тем лучше он будет выполнять свою функцию. С приборами многоступенчатой системой фильтрации, очень эффективным будет функция увлажнения воздуха. Это не только позволит сделать воздух свежее, но и позволит самому контролировать уровень влажности в помещении, позволит более эффективно справиться с очисткой воздуха от табачного дыма, устранить пыль, неприятные запахи.

Широкое применение вместо аппаратов для очистки атмосферного воздуха получают климатические комплексы. Они являются многофункциональными приборами, объединяющими в себе три функции:

• очищение
• увлажнение
• ионизацию

Климатические комплексы имеют более высокую стоимость, нежели обычные очистители или ионизаторы, но качество очистки воздуха в помещении, котором установлен климатический комплекс, гораздо выше.

Популярными производителями климатических комплексов, которые используются для промышленной очистки воздуха, а также для очистки воздуха в ресторанах, отелях, магазинах, офисах или квартирах, являются известные мировые бренды: Panasonic, Daikin, Midea, Boneco, IQAir, Euromate, Venta, Winia и другие.

Перед покупкой воздухоочистителей и климатических комплексов внимательно ознакомьтесь с их характеристиками, производительностью и функциональностью.

Министерство образования и науки

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение ВПО

СГТУ ИМ. Гагарина Ю.А.

Энгельсский технологический институт (филиал)

Кафедра «Экологии и охраны окружающей среды»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: Техника защиты окружающей среды

Оборудование для очистки атмосферного воздуха

Выполнила: Долбня И.В.

ст. группы ООС-51

Проверила: профессор

Ольшанская Л.Н.

Энгельс - 2013

ВВЕДЕНИЕ

Защита атмосферы

1 Основные загрязнители атмосферного воздуха и последствия его загрязнения

1.2 Средства защиты атмосферы

2. Методы и оборудование для очистки атмосферы

2.1 Сухие пылеуловители (циклоны)

2 Мокрые пылеуловители (скрубберы)

3 Фильтры

2.4 Абсорбционные методы

5 Адсорбционные методы

6 Каталитический метод

2.7 Термический метод

3. Расчет оборудования для очистки атмосферного воздуха

1 Исходные данные

2 Расчет циклона ЦН-24

3 Расчет бункера

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время остро стоит проблема загрязнения атмосферы различными вредными и токсичными примесями. Это связано, в первую очередь, с высокими темпами развития промышленности, а также с огромными масштабами распространения автомобильного транспорта. В разных отраслях производства происходит загрязнение атмосферы, гидросферы и литосферы. Атмосферный воздух ежедневно подвергается выбросам вредных газов и примесей, которые смешиваются и вступают в химические реакции с газами, входящими в постоянный состав атмосферы (N2, O2, смесь благородных газов). В результате этого постоянный состав воздуха может стать переменным (CO2 и водяной пар) или случайным, состав которого зависит от местных условий. Такие изменения атмосферы могут привести к образованию кислотных осадков, которые получаются в результате взаимодействия SO2, NOx, CO, CO2 и других оксидов с ее компонентами. Кислотные осадки, в свою очередь, пагубно влияют на почву, водоемы, растительность и живые организмы. Они приводят к подкислению водоемов и почвы, в результате этого изменяется pH среды, которая способствует ухудшению условий жизни растений, животных и микроорганизмов, что может привести к их гибели. Кроме этого кислотные осадки разрушают конструкцию зданий и сооружений, а также памятники природы и архитектуры. В чистом виде диоксид серы, оксиды азота и углерода очень вредны и токсичны. Кроме этих загрязнений в результате активной деятельности промышленных предприятий в атмосферу выделяется множество других вредных веществ, среди которых токсичные органические вещества, аэрозоли и пыли различного химического состава.

Поэтому наряду с развитием промышленности необходимо разрабатывать и совершенствовать методы защиты и очистки атмосферы от чужеродных веществ. Надо минимизировать количество выбросов вредных газов. Кроме этого в процессах очистки воздуха можно рекуперировать многие примеси и вторично их использовать в производстве.

Целью данной работы является анализ и изучение научной литературы по вопросам методов и средств очистки атмосферного воздуха, а также расчет параметров циклона ЦН-24.

1. ЗАЩИТА АТМОСФЕРЫ

Атмосфера - газовая оболочка небесного тела, удерживаемая около него гравитацией. Поскольку не существует резкой границы между атмосферой и межпланетным пространством, то обычно атмосферой принято считать область вокруг небесного тела, в которой газовая среда вращается вместе с ним как единое целое. Глубина атмосферы некоторых планет, состоящих в основном из газов (газовые планеты), может быть очень большой.

Атмосфера Земли содержит кислород, используемый большинством живых организмов для дыхания, и диоксид углерода, потребляемый растениями, водорослями и цианобактериями в процессе фотосинтеза. Атмосфера также является защитным слоем планеты, защищая её обитателей от солнечного ультрафиолетового излучения.

.1 Основные загрязнители атмосферного воздуха и последствия его загрязнения

Основными загрязнителями атмосферного воздуха, образующимися как в процессе хозяйственной деятельности человека, так и в результате природных процессов, являются диоксид серы SO2, диоксид углерода CO2, оксиды азота NOx, твердые частицы - аэрозоли. Их доля составляет 98% в общем объеме выбросов вредных веществ. Помимо этих основных загрязнителей, в атмосфере наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ: формальдегид, фенол, бензол, соединения свинца и других тяжелых металлов, аммиак, сероуглерод и др.

К важнейшим экологическим последствиям глобального загрязнения атмосферы относятся:

·возможное потепление климата (парниковый эффект);

·нарушение озонового слоя;

·выпадение кислотных дождей;

·ухудшение здоровья людей.

Парниковый эффект - это повышение температуры нижних слоев атмосферы Земли по сравнению с эффективной температурой, т.е. температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса .

В декабре 1997 г. на встрече в Киото (Япония), посвященной глобальному изменению климата, делегатами из более чем 160 стран была принята конвенция, обязывающая развитые страны сократить выбросы парниковых газов. Киотский протокол обязывает 38 индустриально развитых стран сократить к 2008-2012 г.г. выбросы СО2 на 5% от уровня 1990 г.:

·Европейский союз должен сократить выбросы СО2 и других тепличных газов на 8%,

·США - на 7%,

·Япония - на 6%.

В марте 2001 г. США, на долю которых приходится 36,1% мировых выбросов, объявили о своем решении не участвовать в Киотском протоколе. Канада тоже вышла из списка стран-участниц. Афганистан <#"justify">Протокол предусматривает систему квот на выбросы тепличных газов. Суть его заключается в том, что каждая из стран (пока это относится только к тридцати восьми странам, которые взяли на себя обязательства сократить выбросы), получает разрешение на выброс определенного количества тепличных газов. При этом предполагается, что какие-то страны или компании превысят квоту выбросов. В таких случаях эти страны или компании смогут купить право на дополнительные выбросы у тех стран или компаний, выбросы которых меньше выделенной квоты. Таким образом, предполагается, что главная цель - сокращение выбросов тепличных газов в следующие 15 лет на 5% будет выполнена.

В качестве других причин, вызывающих потепление климата, ученые называют непостоянство солнечной активности, изменение магнитного поля Земли и атмосферного электрического поля.

.2 Средства защиты атмосферы

Для защиты атмосферы от негативного антропогенного воздействия используются следующие основные меры.

Экологизация технологических процессов:

1 создание замкнутых технологических циклов, малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных веществ;

2 уменьшение загрязнения от тепловых установок: централизованное теплоснабжение, предварительная очистка топлива от соединений серы, использование альтернативных источников энергии, переход на топливо повышенного качества (с угля на природный газ);

3 уменьшение загрязнения от автотранспорта: использование электротранспорта, очистка выхлопных газов, использование каталитических нейтрализаторов для дожигания топлива, разработка водородного транспорта, перевод транспортных потоков за город.

Очистка технологических газовых выбросов от вредных примесей.

Рассеивание газовых выбросов в атмосфере. Рассеивание осуществляется с помощью высоких дымовых труб (высотой более 300 м). Это временное, вынужденное мероприятие, которое осуществляется вследствие того, что существующие очистные сооружения не обеспечивают полной очистки выбросов от вредных веществ.

Устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения.

Санитарно-защитная зона (СЗЗ) - это полоса, отделяющая источники промышленного загрязнения от жилых или общественных зданий для защиты населения от влияния вредных факторов производства. Ширина СЗЗ устанавливается в зависимости от класса производства, степени вредности и количества выделенных в атмосферу веществ (50-1000 м) .

Архитектурно-планировочные решения - правильное взаимное размещение источников выбросов и населенных мест с учетом направления ветров, сооружение автомобильных дорог в обход населенных пунктов и др.

Оборудование для очистки выбросов:

·устройства для очистки газовых выбросов от аэрозолей (пыли, золы, сажи);

·устройства для очистки выбросов от газо- и парообразных примесей (NO, NO2, SO2, SO3 и др.)

2. МЕТОДЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ АТМОСФЕРЫ

.1 Сухие пылеуловители (циклоны)

Сухие пылеуловители предназначены для грубой механической очистки от крупной и тяжелой пыли. Принцип работы - оседание частиц под действием центробежной силы и силы тяжести. Широкое распространение получили циклоны различных видов: одиночные, групповые, батарейные.

На схеме (рис. 1) изображена упрощенная конструкция одиночного циклона. Пылегазовый поток вводится в циклон через входной патрубок 2, закручивается и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса 1. Частицы пыли отбрасываются под действием центробежных сил к стенке корпуса, а затем под действие силы тяжести собираются в пылевой бункер 4, откуда периодически удаляются. Газ, освободившись от пыли, разворачивается на 180º и выходит из циклона через трубу 3 .

Рис. 1. Циклон

.2 Мокрые пылеуловители (скрубберы)

Мокрые пылеуловители характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсной пыли размером до 2 мкм. Работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель под действием сил инерции или броуновского движения.

На схеме (рис. 2.) изображен скруббер. Запыленный газовый поток по патрубку 1 направляется на зеркало жидкости 2, на котором осаждаются наиболее крупные частицы пыли. Затем газ поднимается навстречу потоку капель жидкости, подаваемой через форсунки, где происходит очистка от мелких частиц пыли .

Рис. 2. Скруббер

.3 Фильтры

Предназначены для тонкой очистки газов за счет осаждения частиц пыли (до 0,05 мкм) на поверхности пористых фильтрующих перегородок. По типу фильтрующей загрузки различают тканевые фильтры (ткань, войлок, губчатая резина) и зернистые. Выбор фильтрующего материала определяется требованиями к очистке и условиями работы: степень очистки, температура, агрессивность газов, влажность, количество и размер пыли и т.д. На схеме (рис. 3.) представлено устройство фильтра.

Рис. 3. Фильтр

Электрофильтры - эффективный способ очистки от взвешенных частиц пыли (0,01 мкм), от масляного тумана. Принцип действия основан на ионизации и осаждении частиц в электрическом поле. У поверхности коронирующего электрода происходит ионизация пылегазового потока. Приобретая отрицательный заряд, частицы пыли движутся к осадительному электроду, имеющему знак, противоположный заряду коронирующего электрода. По мере накопления на электродах частицы пыли падают под действием силы тяжести в сборник пыли или удаляются встряхиванием .

В процессах очистки атмосферного воздуха также используются двухзонные электрофильтры (рис. 4.). Отличительная особенность таких фильтров состоит в наличии двух раздельных электрических полей, в одном из которых происходит зарядка взвешенных частиц, а в другом их осаждение. В России наибольшее распространение получил двухзонный электрофильтр типа «Рион», применяемый в основном для очистки вентиляционного воздуха с температурой до 40°С при начальной запыленности не более 10 мг/м³. Очищаемый воздух прежде всего проходит через ионизатор, предназначенный для зарядки частиц пыли в поле коронного разряда, возникающего между электродами положительной и отрицательной полярности. Ионизатор выполнен с таким расчетом, чтобы при скорости около 2 м/с улавливаемая пыль успела зарядиться, но не успела осесть. Ввиду малого диаметра коронирующих электродов и незначительного межэлектродного промежутка ионизатор работает при напряжении 14 кВ, достаточном для получения напряженности поля, обеспечивающего возникновение коронного разряда. Зарядившиеся частицы пыли потоком воздуха выносятся в осадитель, представляющий собой систему пластин. Чередование заземленных (отрицательно заряженных) пластин и пластин, присоединенных к положительному полюсу выпрямителя, создает равномерное электрическое поле осаждения. Заряженные частицы пыли оседают в поле осадителя на пластинах противоположной полярности. Небольшое расстояние между пластинами (6-7 мм) позволяет при небольшом напряжении между пластинами (7 кВ) получать напряженность поля 8-10 кВ/см, т. е. примерно вдвое выше, чем в однозонных электрофильтрах, что достаточно для осаждения самых мелких частиц (субмикронного размера). Высокая напряженность поля и малое расстояние между пластинами обусловливают высокую скорость осаждения пыли. Для улавливания 85-95% пыли достаточно пребывание в осадителе в течение 0,2-0,4с. Электрофильтры типа «Рион» предназначены для следующих расходов очищаемого воздуха- 20000 м³/ч (Рион-2,7); 10000 м³/ч (Рион-1,4); 4000 м³/ч (Рион-0,55) и 1000 м³/ч (Рион-0,17). Степень очистки во всех типах электрофильтров 85-95%.

Рис. 4. Принципиальная схема двухзонного электрофильтра:а - ионизатор; б - осадитель. 1,2 - положительные и отрицательныеэлектроды ионизатора; 3,4 - положительные и отрицательные электродыосадителя

Питание электрофильтров осуществляется выпрямленным током высокого напряжения (60-80 кВ), Для преобразования переменного тока обычной частоты (50 Гц) и низкого напряжения (380 В) используют электрические агрегаты сравнительно небольшой мощности (20-150 кВт). Каждый электроагрегат состоит из повысительного трансформатора, выпрямителя, регулятора напряжения и пульта управления .

2.4 Абсорбционные методы

Суть абсорбции заключается в поглощении удаляемых компонентов жидкостью. В зависимости от особенностей взаимодействия поглотителя и извлекаемого из газовой смеси компонента абсорбционные методы подразделяются на методы физической абсорбции и химической (хемосорбция), сопровождаемой химической реакцией в жидкой фазе. Для физической абсорбции применяют поглотители - воду, органические растворители, не вступающие в реакцию с извлекаемым газом. При хемосорбционной очистке выделяемые из газов компоненты вступают в химические реакции с хемосорбентами, в качестве которых используют растворы минеральных и органических веществ, суспензии и органические жидкости. Абсорбционные методы используют для очистки газов от СО, NxOy, SO2, H2S, HCl, CO2 .

В зависимости от способа создания поверхности соприкосновения фаз различают поверхностные, барботажные и распыливающие абсорбционные аппараты.

В первой группе аппаратов поверхностью контакта между фазами является зеркало жидкости или поверхность текучей пленки жидкости. Сюда же относят насадочные абсорбенты, в которых жидкость стекает по поверхности, загруженной в них насадки из тел различной формы.

Во второй группе абсорбентов поверхность контакта увеличивается благодаря распределению потоков газа в жидкость в виде пузырьков и струй. Барботаж осуществляют путем пропускания газа через заполненный жидкостью аппарат либо в аппаратах колонного типа с тарелками различной формы.

В третьей группе поверхность контакта создается путем распыления жидкости в массе газа. Поверхность контакта и эффективность процесса в целом определяется дисперсностью распыленной жидкости.

Наибольшее распространение получили насадочные (поверхностные) и барботажные тарельчатые абсорберы. Для эффективного применения водных абсорбционных сред удаляемый компонент должен хорошо растворяться в абсорбционной среде и часто химически взаимодействовать с водой, как, например, при очистке газов от HCl, HF, NH3, NO2. Общими недостатками абсорбционных методов является образование жидких стоков и громоздкость аппаратурного оформления .

Среди поверхностных абсорберов привлекают внимание и получают широкое применение пленочные абсорберы. Конструктивной особенностью пленочных контактных устройств с фиксированной поверхностью контакта фаз являются каналы круглого, прямоугольного, треугольного и других сечений, по внутренней поверхности которых движется тонкая жидкостная пленка, взаимодействуя с газовым потоком. Взаимодействие фаз на контактной ступени может быть как прямоточным, так и противоточным. Обычно используют принцип прямоточного взаимодействия фаз на каждой ступени с обеспечением противотока в аппарате в целом.

С целью интенсификации процесса абсорбции и улучшения сепарации фаз в каналах круглого сечения устанавливают завихрители (закручиватели). Дополнительное вращательное движение, сообщаемое двухфазному потоку, увеличивает эффективность массопереноса в 1,5-2 раза и позволяет использовать возникающую центробежную силу для разделения фаз после выхода из контактной зоны. В контактной зоне жидкость под действием этой силы образует на внутренней поверхности канала винтообразную движущуюся вверх пленку. Это явилось стимулом для использования закрученного движения в зоне контакта при разработке высокоскоростных абсорбционных аппаратов (рис. 5.) .

Рис. 5. Высокоскоростной абсорбер с прямоточным взаимодействием газа и жидкости в восходящем закрученном потоке

атмосферный загрязнение пылеуловитель фильтр

Каждая ступень состоит из параллельно работающих трубчатых элементов АЕ с многолопастными винтовыми осевыми завихрителями CD. Поднимающийся по аппарату газовый поток входит в контактную зону BE и захватывает жидкость, вытекающую из распылителя В. Газовый поток, несущий капельки жидкости, проходит зону распыления ВС и поступает в осевой завихритель CD. Наличие перед завихрителем зоны распыления с развитой межфазной поверхностью повышает эффективность массообмена. После завихрителя закрученный поток проходит пленочную зону DE, из которой жидкость через сепарационный зазор ЕА выбрасывается на стенку сепарационного патрубка и стекает вниз, а газовый поток поднимается на следующую ступень. Жидкость по межэлементному пространству, радиальным переточным трубам и центральной переточной трубе поступает в распылитель нижерасположенной ступени. Массообмен между газом и жидкостью происходит в трех зонах: распыления, закручивания и пленочной .

Наиболее представительна по конструктивному оформлению группа барботажных абсорберов (рис. 6.). В результате взаимодействия фаз (жидкость является сплошной фазой, а газ - дисперсной) на тарелках образуется газожидкостный слой, состоящий из относительно чистой жидкости и вспененной жидкости. Полная высота слоя на тарелке и ее составляющие зависят от конструктивного оформления тарелки, от соотношения материальных потоков и физико-химических свойств системы.

Среди барботажных контактных устройств особое место занимают ситчатые и колпачковые тарелки, нашедшие широкое применение в промышленности. Одной из новых конструкций барботажных абсорберов является колонна с ситчатыми тарелками и пакетом извилистых пластин, расположенных между тарелками. Пакет извилистых пластин способствует созданию дополнительной зоны массообмена, улавливанию брызг жидкости, получающихся в процессе барботажа на ситчатой тарелке, и возвращению их в слой жидкости на ту же тарелку. Переливное устройство обеспечивает переток жидкости с тарелки на тарелку по высоте колонны. Переток может осуществляться при отсутствии или наличии приемного кармана в переливном устройстве. Переливные устройства без приемного кармана позволяют увеличить рабочую площадь тарелки и, следовательно, повысить производительность колонны. В тех случаях, когда диапазон работы переливного устройства лимитирует работу тарелки в целом, целесообразно устанавливать регулирующие переливные устройства, например с кольцевыми щелями, поочередно вступающими в работу, или с поворотными заслонками, регулирующими проходное сечение переливного устройства. Провальные тарелки не имеют переливных устройств, что позволяет более полно использовать площадь тарелок и значительно упрощает их в конструктивном отношении. Газ и жидкость движутся противотоком. Один из недостатков таких тарелок - сравнительно узкий диапазон работы в отношении нагрузок по газу.

Интенсификация процесса абсорбции в аппаратах с провальными тарелками в последнее время проводится по пути создания тарелок с упорядоченным перетоком жидкости и постоянным свободным сечением, с укрупненной перфорацией и с саморегулируемым свободным сечением тарелок .

Рис. 6. Абсорбер с ситчатыми тарелками: 1-тарелка; 2 - переливное устройство; 3 - сепарационная зона

2.5 Адсорбционные методы

Адсорбционные методы очистки газов основаны на поглощении газообразных и парообразных примесей твердыми телами с развитой поверхностью - адсорбентами. Поглощаемые молекулы газа удерживаются на поверхности твердого тела силами Ван-дер-Ваальса (физическая адсорбция) либо химическими силами (хемосорбция).

Процесс адсорбции осуществляется в несколько стадий: перенос молекул газа к внешней поверхности твердого тела; проникновение молекул газа в поры твердого тела; собственно адсорбция. Самая медленная стадия лимитирует процесс в целом.

Адсорбция рекомендуется для очистки газов с невысокой концентрацией вредных компонентов. Адсорбированные вещества удаляются из адсорбентов десорбцией инертным газом или паром. В некоторых случаях проводят термическую регенерацию. Процесс осуществляется в адсорберах с неподвижным, движущимся и псевдосжиженным слоем сорбента, в установках периодического и непрерывного действия.

В качестве адсорбентов используют материалы с высокоразвитой внутренней поверхностью. Адсорбенты могут быть как природного, так и синтетического происхождения. К основным типам промышленных адсорбентов относятся активированные угли, силикагели (SiO2?nН2О), алюмогели (активный оксид алюминия А12О3?nН2О), цеолиты и иониты .

Можно выделить следующие основные способы осуществления процессов адсорбционной очистки:

) После адсорбции проводят десорбцию и извлекают уловленные компоненты для повторного использования.

) После адсорбции примеси не утилизируют, а подвергают термическому или каталитическому дожиганию. Данная разновидность адсорбционной очистки экономически оправдана при низких концентрациях загрязняющих веществ и (или) многокомпонентных загрязнителей.

) После очистки адсорбент не регенерируют, а подвергают, например, захоронению или сжиганию вместе с прочно хемосорбированным загрязнителем. Этот способ пригоден при использовании дешевых адсорбентов.

Для проведения процессов адсорбции разработана разнообразная аппаратура. Наиболее распространены адсорберы с неподвижным слоем гранулированного или сотового адсорбента (рис. 7.). Непрерывность процессов адсорбции и регенерации адсорбента обеспечивается применением аппаратов с кипящим слоем .

Адсорбционные методы являются одним из самых распространенных в промышленности способов очистки газов. Их применение позволяет вернуть в производство ряд ценных соединений. При концентрациях примесей в газах более 2-5 мг/м³, очистка оказывается даже рентабельной. Основной недостаток адсорбционного метода заключается в большой энергоемкости стадий десорбции и последующего разделения, что значительно осложняет его применение для многокомпонентных смесей .

Рис. 7. Адсорбер полочного многосекционного типа с неподвижными слоями адсорбента: 1 - корпус аппарата; 2 - слой адсорбента

.6 Каталитический метод

Этим методом превращают токсичные компоненты промышленных выбросов в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды путем введения в систему дополнительных веществ, называемых катализаторами. Каталитические методы основаны на взаимодействии удаляемых веществ с одним из компонентов, присутствующих в очищаемом газе, или со специально добавляемым в смесь веществом на твердых катализаторах. Действие катализаторов проявляется в промежуточном (поверхностном) химическом взаимодействии катализатора с реагирующими соединениями, в результате которого образуются промежуточные вещества и регенерированный катализатор.

Методы подбора катализаторов отличаются большим разнообразием, но все они базируются в основном на эмпирических или полуэмпирических способах. Об активности катализаторов судят по количеству продукта, получаемого с единицы объема катализатора, или по скорости каталитических процессов, при которых обеспечивается требуемая степень превращения.

В большинстве случаев катализаторами могут быть металлы или их соединения (платина и металлы платинового ряда, оксиды меди и марганца и т.д.). Для осуществления каталитического процесса необходимы незначительные количества катализатора, расположенного таким образом, чтобы обеспечить максимальную поверхность контакта с газовым потоком. Катализаторы обычно выполняются в виде шаров, колец или проволоки, свитой в спираль. Катализатор может состоять из смеси неблагородных металлов с добавкой платины и палладия (сотые доли % к массе катализатора), нанесенных в виде активной пленки на нихромовую проволоку, свитую в спираль .

Объем катализаторной массы определяется исходя из максимальной скорости обезвреживания газа, которая в свою очередь зависит от природы и концентрации вредных веществ в отходящем газе, температуры и давления каталитического процесса и активности катализатора. Допустимая скорость обезвреживания находится в пределах 2000-60000 объемов газа на объем каталитической массы в час. На катализаторах, разработанных в Дзержинском филиале НИИОГАЗа, при скорости обезвреживания 30000-60000 объемов обезвреживаемого газа на объем катализаторной массы в час и температуре 350-420°С практически полностью окисляются примеси этилена, пропилена, бутана, пропана, ацетальдегида, спиртов (метилового, этилового, пропилового, аллилового и др.), ацетона, этилацетона, бензола, толуола, ксилола, оксида углерода и др. .

Существенное влияние на скорость и эффективность каталитического процесса оказывает температура газа. Для каждой реакции, протекающей в потоке газа, характерна так называемая минимальная температура начала реакции, ниже которой катализатор не проявляет активности. Температура начала реакции зависит от природы и концентрации улавливаемых вредностей, скорости потока и типа катализатора. С повышением температуры эффективность каталитического процесса увеличивается. Например, метан начинает окисляться на поверхности катализатора, состоящего из 60% диоксида марганца и 40% оксида меди, только при температуре 320°С, а 97%-ное реагирование наблюдается при t=450°С. Следует, однако, иметь в виду, что для каждого катализатора существует предельный температурный уровень. Повышение этого уровня приводит к снижению активности, а затем к разрушению катализатора.

Для поддержания необходимой температуры газа иногда к нему подмешивают (особенно в пусковой период) продукты сгорания от вспомогательной горелки, работающей на каком-либо высококалорийном топливе. На рис. 8 представлен каталитический реактор, предназначенный для окисления толуола, содержащегося в газовоздушных выбросах цехов окраски. Воздух, содержащий примеси толуола, подогревается в межтрубном пространстве теплообменника - рекуператора 1, откуда по переходным каналам он поступает в подогреватель 4. Продукты сгорания природного газа, сжигаемого в горелках 5, смешиваются с воздухом, повышая его температуру до 250-350°С, т. е. до уровня, обеспечивающего оптимальную скорость окисления толуола на поверхности катализатора. Процесс химического превращения происходит на поверхности катализатора 3, размещенного в контактном устройстве 2. В качестве катализатора применена природная марганцевая руда (пиромзит) в виде гранул размером 2-5 мм, промотированных азотнокислым палладием. В результате окисления толуола образуются нетоксичные продукты: оксид углерода и водяные пары. Смесь воздуха и продуктов реакции при температуре 350-450°С направляется в рекуператор 1, где отдает тепло газовоздушному потоку, идущему на очистку, и затем через выходной патрубок выводится в атмосферу. Эффективность очистки такого реактора составляет 95-98% при расходе вспомогательного топлива (природного газа) 3,5-4,0 м3 на 1000 м3 очищаемого воздуха. Гидравлическое сопротивление реактора при номинальной нагрузке (800-900 м3/ч) не превышает 150-180 Па. Скорость процесса находится в пределах от 8000 до 10000 объемов на объем катализаторной массы в 1 ч .

Рис. 8. Каталитический реактор

.7 Термический метод

Достаточно большое развитие в практике нейтрализации вредных примесей, содержащихся в вентиляционных и других выбросах, имеет высокотемпературное дожигание (термическая нейтрализация). Для осуществления дожигания (реакций окисления) необходимо поддержание высоких температур очищаемого газа и наличие достаточного количества кислорода. Выбор схемы дожигания зависит от температуры и количества выбросов, а также от содержания в них вредных примесей, кислорода и других компонентов. Если выбросные газы имеют высокую температуру, процесс дожигания происходит в камере с подмешиванием свежего воздуха. Так, например, происходит дожигание оксида углерода в газах, удаляемых системой вентиляции от электродуговых плавильных печей, дожигание продуктов неполного сгорания (СО и СxНy) автомобильного двигателя непосредственно на выходе из цилиндров в условиях добавки избыточного воздуха .

Если температура выбросов недостаточна для протекания окислительных процессов, то в потоке отходящих газов сжигают природный или какой-либо другой высококалорийный газ. Одним из простейших устройств, используемых для огневого обезвреживания технологических и вентиляционных выбросов, является горелка, предназначенная для сжигания природного газа (рис. 9). Обезвреживаемые выбросы в этом случае подаются в канал 1, где они омывают горелку 2. Из коллектора 3 газ, служащий топливом, поступает в сопла, при истечении из которых инжектируется первичный воздух из окружающей среды. Горение смеси газа с первичным воздухом осуществляется в V-образной полости коллектора. Процесс догорания происходит на выходе из полости, где хвостовая часть факела контактирует с обезвреживаемыми выбросами при их истечении из кольцевой щели между корпусом горелки и коллектора .

Рис. 9. Установка для огневого обезвреживания технологических и вентиляционных выбросов

3. РАСЧЕТ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

.1 Исходные данные

Тип циклона: ЦН-24г=65000 м3/ч - количество очищаемого газа при рабочих условиях;

µг=25?10-6 Па?с - динамическая вязкость газа при рабочей температуре;m=30 мкм - медиальный диаметр, при котором масса всех частиц пыли меньше или крупнее dm составляет 50%;

Ч=0,35 - стандартное отклонение величины;

Ч=2400кг/м3 - плотность частиц;

Г=0,68 кг/м3 - плотность газа при рабочих условиях;вх=70?103 кг/м3 - запыленность газа;

Требуемая эффективность очистки газа.

.2 Расчет циклона ЦН-24

Конструкцию циклона рассчитываем методом последовательных приближений в последующем порядке.

Выбрав тип циклона по таблице 4.3. определяем оптимальную скорость газа в аппарате?опт, м/с

Опт(ЦН-24) = 4,5 м/с

Определяем необходимую площадь сечения циклона (в м2):

F = (65000/3600)/4,5 = 4,01 (м2)

Определяем диаметр циклона, задаваясь числом циклонов N=1 (в м):

(м)

Диаметр циклона округляем до 2400 мм = 2,4 м.

Вычисляем действительную скорость газа в циклоне:

? = Vг/0,785 ND2,

? = 18,06/0,785?1?(2,4)2 = 3,99 (м/с)

Скорость газа в циклоне не отклоняется более чем на 15% от оптимальной скорости.

665 > 3,99 > 3,315

Определяем коэффициент гидравлического сопротивления циклона или группы циклонов:

?ц = К1К2? ? спц500 + К3,

где ? спц500 - коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром 500 мм (табл. 4.4.), ?спц500=80; К1 - поправочный коэффициент, зависящий от диаметра циклона (табл. 4.5.), К1=1; К2 - поправочный коэффициент, учитывающий запыленность газа (табл. 4.6.), К2=0,905; К3 - коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, связанные с компоновкой циклонов в группу (для одиночных циклонов К3=0).

Ц = 1?0,905?80 = 72,4

Определяем потери давления в циклоне (в Па):

P = ?ц?? ?2/2,

P = 72,4?(0,68?(3,99)2/2) = 391,9 (Па)

Определяем диаметр частиц, улавливаемых на 50%:

где индекс «т» означает стандартные условия работы циклона.

8,5 мкм;

0,6 м;

1930 кг/м3;

22,2 ? 10-6 Па?с;

3,5 м/с

(мкм)

Определяем параметр х по формуле:

х = lg(dm/d50)/lg2??+lg2?ч,

lg?? = 0,308;

lg?ч = 0,35

х = lg(30/15,2)/lg0,308+lg0,35 = 1,43

Определяем функцию распределения Ф(х) (табл. 4.7.) и полный коэффициент очистки газа по формуле (в %):

Р=50?,

Ф(х) = 0,9234,

?р = 50? = 96,17%

ПоказательЦН-24ЦН-24расч., ммДиаметр циклона Внутренний диаметр выхлопной трубы d пылевыпускного отверстия d1 Ширина входного патрубка в циклоне (внутренний размер) b на входе (внутренний размер) b1 Длина входного патрубка l Диаметр средней длины циклона Dср Высота установки фланца hфл Угол наклона крышки и входного патрубка циклона ?,град Высота входного патрубка а выхлопной трубы hт цилиндрической части Нц конической части Нк внешней части выхлопной трубы hв Общая высота циклона Н 0,59 0,3-0,4 0,2 0,26 0,6 0,8 0,1 24 1,11 2,11 2,11 1,75 0,4 4,26 2400 1420 720-960 480 620 1400 1900 240 24 2660 5060 5060 4200 960 10220

3.3 Расчет бункера

Диаметр бункера:

Dб = 1,5D,

Dб = 1,5?2400 = 3600 мм

Высота цилиндрической части бункера:

8D = 0,8?2400 = 1920 мм

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С огромным ростом промышленности происходит существенное воздействие на окружающую среду. Негативным факторам со стороны предприятий и автомобильного транспорта подвергается атмосферный воздух, вода в больших объемах, а также огромные территории почв. Атмосфера испытывает на себе нагрузку от поступающих в нее вредных, токсичных веществ как неорганического, так и органического происхождения. Многие из газообразных выбросов способны образовывать кислотные осадки, вступая во взаимодействие с компонентами воздуха. Это приводит к закислению почв и водоемов, в результате чего может произойти гибель живых организмов. Кроме этого кислотные осадки пагубно влияют на конструкции строений, природных и культурных памятников. Находясь в воздухе, некоторые газы вызывают образование парникового эффекта, что, в свою очередь, ведет к изменению климата на планете. К тому же эти вредные компоненты приводят к ухудшению здоровья людей. Не менее опасными загрязнителями атмосферы являются аэрозоли и пыли. Они также изменяют состав воздуха и пагубно влияют на жизнедеятельность и здоровье людей.

В связи с этим было разработано множество методов и средств защиты атмосферы от вредных воздействий. Оборудование различается по назначению, принципу действия, конструктивным особенностям, а также по эффективности очистки. При выборе соответствующей техники необходимо изначально установить тип и состав вредных компонентов, после чего надо уделить большое внимание эффективности очистки выбираемого аппарата.

Для механической очистки от пылевых выбросов предназначены циклоны. Принцип их действия основан на центробежной силе и силе тяжести. При прохождении через аппарат поток очищаемого газа закручивается, а пылевые частицы под действием соответствующих сил выпадают в виде осадка в бункер. Эффективность очистки у такого оборудования составляет 50-90% и даже выше, причем ее величина зависит от конструкции циклона и диаметра осаждающихся частиц. Расчет параметров циклона ЦН-24 показал, что он очищает атмосферный воздух от пылевых загрязнений на 96,17%. Это дает основание использовать его в качестве очистного оборудования для защиты атмосферы от пыли.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Edu.severodvinsk, ru. (2013). Edu.severodvinsk. Web

Банников, А.Г. Основы экологии и охрана окружающей среды / А.Г. Банников. - 3-е изд. - М.: Колос, 1996. - 486 с.

Ветошкин, А.Г. Процессы и аппараты защиты атмосферы от газовых выбросов / А.Г. Ветошкин. - Пенза: Издательство Пензенского технологического института, 2003. - 154 с.

4. Rudocs.exdat, com. (2000-2012). Rudocs.exdat. Web

5. Air-cleaning, ru. (2013). Air-cleaning. Web

Аверкин, А.Г. Аппараты для физико-химической очистки воздуха. Абсорберы: Учеб. пособие в 2-хчастях Ч.1. / А.Г. Аверкин. - Пенза: ПГАСА, 2000. - 240 с.

7. Ogazah, ru. (2013). Ogazah. Web

8. Аверкин, А.Г. Аппараты для физико-химической очистки воздуха. Адсорберы: Учеб. пособие в 2-хчастях Ч.2. / А.Г. Аверкин. - Пенза: ПГАСА, 1999. - 240 с.

Зиганшин, М.Г. Проектирование аппаратов пылегазоочистки / М.Г. Зиганшин, А.А. Колесник, В.Н. Посохин. - М.: Экопресс - 3М, 1998. - 505с.

Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1993. - 753 с.

Охрана окружающей среды / под ред. С.В. Белова. - М.: Высшая школа, 2007. - 616 с.

12. Ecologylib, ru. (2001-2013). Ecologylib. Web

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

Причины возникновения ТНК

Наиболее общей причиной возникновения ТНК считается интернационализация производства и капитала на основе развития производительных сил, перерастающих национально-государственные границы. Важнейшим фактором в формирования и развитии международных корпораций является и вывоз капитала.

К причинам появления ТНК можно отнести и их стремление противостоять жесткой конкуренции, необходимость выстоять в конкурентной борьбе в международном масштабе.

Формирование ТНК связано также и с тем, что оно дает большие преимущества в сфере международной торговли, позволяя более успешно преодолевать многочисленные торговые и политические барьеры. Вместо традиционного экспорта, который наталкивается на многочисленные таможенно-тарифные препятствия, ТНК используют дочерние зарубежные компании в качестве своего внешнего плацдарма внутри таможенной территории других стран, с которого они беспрепятственно проникают на их консультант рынки. Отметим, что в современных условиях эта движущая сила создания ТНК имеет свои особенности. Часто ТНК, что действует внутри интеграционных группировок, созданных в виде зон свободной торговли, таможенных или экономических союзов, которые характеризуются полной отменой таможенных барьеров, более выгоден экспорт товаров, чем создание дочерней компании за рубежом.

В ходе развития ТНК возник принципиально новый феномен - международное производство, которое дает корпорациям преимущества, вытекающие из различий экономических условий страны базирования материнской компании и принимающих стран, то есть стран, где расположены ее филиалы и подконтрольные фирмы. Дополнительная прибыль ТНК можно получить за счет различий:

В обеспеченности и стоимости природных ресурсов;

В квалификации рабочей силы и в уровне заработной платы;

В амортизационной политике и, в частности, в нормах амортизационных отчислений;

Антимонопольного и трудового законодательства;

В уровне налогообложения;

Экологических стандартов;

Стабильности валют и др.

Учитываются и различия в экономической ситуации отдельных стран, которые дают возможность ТНК маневрировать загрузкой производственных мощностей и приспосабливать свои производственные программы к меняющимся условиям текущей конъюнктуры, спроса на тот или иной товар на каждом конкретном рынке.

В реальных преимуществ формирования крупнейших ТНК, позволяют добиваться значительной централизации капитала, можно отнести:

Возможность диверсификации деятельности для снижения риска и смягчения кризисных ударов - сначала материнская компания может прямо или косвенно дотировать дочерние компании, выходящие на новый рынок;

Гибкую организационную структуру управления. Часть функций децентрализуется;

Консолидацию финансовой отчетности в рамках всей системы с целью выработки стратегии наименьших налогов - возможность перераспределения прибыли между компаниями, входящими в корпорацию с тем, чтобы наибольший доход получали то из них, которые пользуются налоговыми льготами и т. п.;

Совместное формирование рынка, монополия на этом рынке;

Рост ради роста (возможность быть первым).

Этапы эволюции транснациональной деятельности корпораций

В процессе становления и развития транснационального капитала и ТНК как формы его функционирования выделяют несколько этапов, связанных с формами экспансии и направлениям торгово-производственной деятельности ТНК (табл. 12.1).

Таким образом, в процессе эволюции ТНК претерпели существенных изменений. По критерию международной экономической активности в их развитии выделяют, в основном, четыре поколения.

Таблица 12.1. ЭТАПЫ ЭВОЛЮЦИИ ТРАНСНАЦИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КОРПОРАЦИЙ

Этапы	Характерные признаки
i этап - вторая треть XIX в. первая пол. ХХ в.	Инвестирования в сырьевые отрасли иностранных экономик. Создание в приемных странах распределительных и сбытовых подразделений. Производство одинаковой или слабо дифференцированной продукции
II этап - вторая пол. ХХ ст. - конец ХХ в.	Усиление роли зарубежных производственных подразделений ТНК. Интеграция зарубежных производственных и сбытовых операций. Стратегия диверсификации
III этап - с конца ХХ в.	Образованию сетей внутрифирменных связей регионального или глобального масштаба. Интеграция научных исследований и разработок материально-технического обеспечения, производства, распределения, сбыта. Формирование ТНК в странах, которые не являются экономически развитыми

Деятельность ТНК первого поколения в значительной мере была связана с разработкой сырьевых ресурсов бывших колоний, что дает основание определить их как "колониально-сырьевые ТНК". По своей организационно-экономической форме и механизмам функционирования это были картели, синдикаты и первые тресты.

ТНК второго поколения - ТНК типа "трест"; ых специфика - прочная связь с производством военно-технической продукции. Начав свою деятельность в период между двумя мировыми войнами, некоторые из этих ТНК сохранили свои позиции в мировой экономике и после Второй мировой войны.

В 60-е годы все более заметную роль стали играть ТНК третьего поколения, которые широко использовали достижения научно-технической революции. Они имели организационно-экономической форме концернов и конгломератов. В 60-80-е годы в деятельности ТНК органично соединялись элементы национального и зарубежного производства: реализация товаров, управление и организация работы персонала, научно-исследовательские работы, маркетинг и послепродажное обслуживание. Основные элементы воспроизводственного процесса переводились на общие для соответствующих стран стандарты и принципы. ТНК третьего поколения способствовавшего распространению достижений НТП в периферийных зон мирового хозяйства и, что самое главное, формировали экономические предпосылки для появления международного производства с единым рыночным и информационным пространством, международным рынком капитала и рабочей силы, научно-технических услуг.

В начале 80-х годов постепенно появились и утвердились глобальные ТНК четвертого поколения, их определяющими чертами, как уже отмечалось, является планетарное видение рынков и функционирования в условиях глобальной конкуренции.

Характеризуя современные тенденции становления ТНК, следует отметить, во-первых, влияние научно-технического прогресса на развитие транснационального капитала, во-вторых, особенности инновационной деятельности ТНК, в-третьих, ускоренное развитие и совершенствование факторов производства, используемых ТНК. В последние годы отпала необходимость в сверхкрупных предприятиях на территориях отдельных государств, рассчитанных на всемирный рынок. Появляется возможность создавать заводы, что выпускают ту же продукцию по одинаковой технологии во многих странах, то есть унифицировать выпуск продукции в международном масштабе и организовать совместное производство с предприятиями, находящимися в разных точках земного шара и имеют разную национальную принадлежность.

Производство становится глобальным, появляются компании, которые работают "на весь мир".

Функционирования современных ТНК происходит в условиях глобализации мирохозяйственных связей, которые, с одной стороны, создают внешнюю среду для их деятельности, а с другой - сами являются результатом такой деятельности.