Тема 2. Влияние современной антропогенной деятельности на биосферуЦель работы: получение практических навыков расчета рассеивания выбросов в атмосферу.
Задачи: -
изучить теоретический материал;
-
изучить методику расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий;
-
рассчитать СМ (максимальную концентрацию вредных веществ в приземном слое атмосферы) и Н (минимальную высоту трубы);
-
рассчитать ПДВ (предельно допустимые выбросы) и СМ.Т.(соответствующую ПДВ максимальную концентрацию вредных веществ в устье выбросной трубы или шахты).
Учебные вопросы -
Назовите источники и виды загрязнения атмосферы.
-
Назовите методы очистки газовоздушных смесей.
-
Какие аппараты применяют для очистки выбросов в атмосферу?
-
Какие загрязняющие вещества содержатся в промышленных выбросах?
Изучив данную тему, студент должен:иметь представление: -
о значении, составе атмосферного воздуха;
-
о видах и источниках загрязнения атмосферы;
-
о влиянии вредных выбросов на экосистемы биосферы;
знать: -
законодательные, нормативные документы в области охраны атмосферного воздуха;
-
методы очистки газовоздушных смесей;
-
принципы работы аппаратов по очистке выбросов;
уметь: -
производить расчеты концентрации вредных веществ при выбросах в атмосферу;
-
производить расчеты рассеивания вредных выбросов в атмосферу;
владеть: -
навыками оценки ПДВ в атмосферу;
-
навыками выбора соответствующей аппаратуры для очистки выбросов;
-
методами реализации мер по защите атмосферного воздуха.
Методические рекомендации по изучению темыПри освоении темы необходимо: -
изучить теоретический материал;
-
выполнить практические задания;
-
ответить на контрольные вопросы.
Теоретический материалЗагрязнение атмосферы Земли – принесение в атмосферный воздух новых, не характерных для него физических, химических и биологических веществ или изменение их естественной концентрации.
По источникам загрязнение делится: -
на естественное;
-
антропогенное.
По характеру загрязнения атмосферы выделяют следующие виды загрязнений: -
физическое: механическое (пыль, твердые частицы), радиоактивное (радиоактивное излучение и изотопы), электромагнитное (различные виды электромагнитных волн, в том числе радиоволны), шумовое (различные громкие звуки и низкочастотные колебания) и тепловое (например, выбросы тёплого воздуха и т. п.);
-
химическое: газообразные вещества и аэрозоли. На сегодняшний день основные химические загрязнители атмосферного воздуха – это оксид углерода IV, оксиды азота, диоксид серы, углеводороды, альдегиды, тяжёлые металлы (Pb, Cu, Zn, Cd, Cr), аммиак, пыль и радиоактивные изотопы;
-
биологическое: загрязнения микробной природы (например, вегетативными формами и спорами бактерий и грибов, вирусами, их токсинами и продуктами жизнедеятельности).
Основные источники загрязнения атмосферы: -
природные (естественные загрязнители минерального, растительного или микробиологического происхождения, к которым относят извержения вулканов, лесные и степные пожары, пыль, пыльцу растений, выделения животных и др.);
-
искусственные (антропогенные), которые можно разделить на несколько групп:
-
транспортные, образующиеся при работе автомобильного, железнодорожного, воздушного, морского и речного транспорта;
-
производственные, образующиеся при технологических процессах, отоплении;
-
бытовые, обусловленные сжиганием топлива в жилище и переработкой бытовых отходов.
По составу антропогенные источники загрязнения атмосферы также подразделяются: -
на механические загрязнители – пыль цементных заводов, пыль от сгорания угля в котельных, топках и печах, сажа от сгорания нефти и мазута, истирающиеся автопокрышки и т. д.;
-
химические загрязнители – пылевидные или газообразные вещества, способные вступать в химические реакции;
-
радиоактивные загрязнители.
Методы очисткиДля очистки атмосферного воздуха применяются различные методы очистки газов от технических загрязнений, таких как NO
x, SO
2, H
2S, NH
3, оксида углерода, различных органических и неорганических веществ.
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. В качестве примеров можно назвать получение:
-
минеральных кислот (абсорбция SO3 в производстве серной кислоты, абсорбция оксидов азота в производстве азотной кислоты);
-
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.).
В зависимости от способа создания поверхности соприкосновения фаз различают поверхностные, барботажные и распыливающие абсорбционные аппараты.
Адсорбционный метод является одним из самых распространенных средств защиты воздушного бассейна от загрязнений. 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.
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 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. 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 занимают значительно меньшую площадь. Адсорбционные методы являются одним из самых распространенных в промышленности способов очистки газов. Их применение позволяет вернуть в производство ряд ценных соединений. Термическое дожигание представляет собой метод обезвреживания газов путем термического окисления различных вредных веществ, главным образом органических. Применение термических методов дожигания позволяет достичь 99 %-ной очистки газов. 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. Термокаталитические 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. 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. Каталитические методы обезвреживания получили наибольшее распространение. 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 NO