Характерный химический состав выбросов в атмосферу

Увеличение масштабов загрязнения атмосферы требует быстрых и эффективных способов ее защиты, а также способов предупреждения вредного воздействия загрязнителей воздуха.

Первым шагом в установлении вредного воздействия, связанного с загрязнением воздуха, является разработка критерия качества воздуха, а также стандартов качества.

Стандарты качества определяют уровни качества воздуха и предельно допустимые выбросы (ПДВ), которые необходимо выдерживать для обеспечения безопасности жизни.

Контролирующие органы обязаны осуществлять количественный и качественный контроль.

Другим подходом к улучшению состояния атмосферы является требование применения передовых технологических процессов, замена вредных материалов безвредными, применение мокрых способов обработки сырья вместо сухих.

Как правило, на промышленных предприятиях используются процессы или устройства для газоочистки и пылеулавливания, чтобы уменьшить или предотвратить величину выброса. Процессы газоочистки могут также разрушить или менять его химические или физические свойства так, что он становится менее опасным

В некоторых случаях используют метод рассеивания в атмосфере. Дымовые трубы должны быть достаточно высокими (300-350 метров) для обеспечения хорошего разбавления примесей путём обтекания воздуха вокруг зданий в зоне аэродинамических теней. Кроме того, необходимо учитывать температуру выбросов и месторасположение труб. Предприятия строят с подветренной стороны по отношению к жилым районам. На ряде предприятий факельные газы используют для отопления зданий, а их избыток направляется на теплоцентраль.

Таблица 4.3.1

Сравнение содержания химических элементов в атмосфере

Компонент

Естественное

Промышленное

Озон

2•109

Незначительные

Двуокись углерода

7•1010

1,5•1010

Окись углерода

---

2•108

Сернистый газ

1,42•108

7,3•107

Соединения азота

1,4•109

1,5•107

Взвешенные вещества

(770…2200)•106

(960…2615)•106

По выбросам различают газы (окись углерода и другие) или частицы (дым, пестициды, капли аэрозолей).

По происхождению – неорганические (фтористый водород) или органические примеси (меркаптаны); окислители (озон) или восстановители (сернистый и азотистый ангидриды); радиоактивные (йод–131) или инертные (пыльца, зола) вещества; тепловое загрязнение (тепло АЭС, ТЭС).

В среднем 60% загрязнения дает автотранспорт; 14% –установки, генерирующие энергию; 17% – промышленность; 9% – теплоэлектроцентрали и установки для сжигания мусора. Громадную долю загрязнения атмосферы дают ВПК и войны (пример войны в Персидском заливе).

С учетом значительного отличия условий городской и сельской жизни сложно установить степень отрицательного воздействия загрязнения тропосферы на здоровье населения. Однако загрязнение тропосферы находится в прямой зависимости от урбанизации территории. Доказано, что интенсивность респираторных заболеваний связана не только с сезонными явлениями, но и с содержанием в атмосфере взвешенных частиц и окиси углерода. Загрязнение воздуха является причиной хронических бронхитов, эмфиземы и рака легких. Пыльца растений (в том числе амброзии) становится основной причиной аллергических ринитов и бронхиальной астмы для сотен миллионов человек планеты.

Особенно опасен смог, образующийся в крупных городах за счет наземного транспорта, а также выбросов, связанных с топливно-энергетическим комплексом. Наиболее опасны частицы аэрозолей, связанные с сернистым газом, диоксидом азота и другими соединениями.

Влияние SO2на здоровье людей зависит от времени экспозиции и концентрации.

Воздействие на людей сернистого газа описывается нижним семейством кривых (рис. 4.3.2). Причем под эффектом Iстепени понимается слабое увеличение функциональных нарушений, симптомов недомоганий, заболеваемости и смертности. Эффект IIстепени характеризуется превалирующим или более резко выраженным действием того же типа, а эффект IIIстепени связан со значительным возрастанием количества смертных случаев. Все эффекты будут усиливаться в запыленной и задымленной атмосфере (рис. 4.3.3).

Рис. 4.3.2. Влияние сернистого газа на живые организмы

Рис. 4.3.3. Выбросы автотранспорта, загрязняющие атмосферу

Реакция животных на загрязнение тропосферы изучена недостаточно. Однако лабораторные испытания показывают, что поступление из атмосферы в корм скоту соединений мышьяка, фтора, выбрасываемых некоторыми производствами, может привести к значительным потерям в поголовье крупного рогатого скота и лошадей в близлежащих районах.

Сильное загрязнение атмосферного воздуха является причиной оттока птиц, что ведет к экспансии на городские и сельские районы различных насекомых.

Различные виды растительности по-разному реагируют на загрязнение воздуха. Сернистый газ (за счет выпадающих кислотных дождей) может повреждать полевые культуры, такие как люцерна и деревья (особенно сосны). Фтористый водород и двуокись азота в больших концентрациях вредны для цитрусовых и декоративных растений. Из числа других примесей опасными загрязнителями являются озон и этилен.

Загрязнение атмосферного воздуха приводит к коррозии материалов и памятников культуры. При загрязнении воздуха различными соединениями быстро разрушаются железосодержащие сплавы, а также алюминий, медь, серебро, никель, цинк, строительные материалы, красители, кожа, бумага, ткани, резина, керамика.

Трудно поддается оценке экономический ущерб от загрязнения воздуха нижней атмосферы. Да это просто во многих странах и не фиксируется, включая и Россию. Однако эти потери весьма ощутимы. Бесценные памятники культуры на глазах последнего поколения буквально разрушаются под влиянием газов автомобильного транспорта. Потери же за счет заболеваемости населения огромны. В США загрязнение атмосферы приводит к потере почти 10 млрд долл. в год, в Англии – 400 млн фунтов стерлингов.

Распространение загрязняющих веществ зависит от атмосферных условий. Ветер и дождь способствуют рассеянию примесей атмосферы, включению их в почвенно-растительный слой и воду различных водоемов. При солнечной погоде рассеяние идет по пути фотохимической диссоциации. Турбулентная диффузия, связанная с турбулентным характером воздушного потока, является в тропосфере основным фактором, обеспечивающим перемешивание примеси. Возникает и термическая турбулентность.

Осадки, туман и солнечная радиация – метеорологические факторы второго порядка с точки зрения их влияния на загрязнение воздуха. Весьма важна и температурная инверсия в различные времена суток и года, способствующая рассеянию или концентрации смога и аэрозолей. Естественная вентиляция в атмосфере происходит лучше при сильном ветре и хорошем турбулентном перемешивании, когда объем, в котором происходит перемешивание, достаточно велик и разбавление протекает быстро.

При увеличении площади городов область загрязненного воздуха также быстро увеличивается.Прогноз загрязнения воздуха очень сложен, поскольку высота перемешивания очень редко остается постоянной.

Ночью при ясном небе и слабом ветре поверхность Земли теряет тепло. Тепловая инверсия подавляет перемешивание, что приводит к накоплению загрязняющих веществ. Днем перемешивание возобновляется. Перемешивание может перевести вниз примеси из слоя приподнятой инверсии и вызвать временный пик приземных концентраций.

Накопление примесей в атмосфере в течение длительного периода времени особенно вероятно при наличии устойчивой приподнятой инверсии (инверсия оседания). Объем воздуха, опускающегося с высоких уровней, дивергирует (растягивается) по горизонтали и, следовательно, конвергирует (сжимается) по вертикали.

Туманы – наиболее опасное загрязнение воздуха возникает в случае, когда при наличии инверсии оседания развивается туман в условиях антициклонов, когда не происходит перемешивание воздуха.

Процессы естественного самоочищениявымывание, поглощение примесей облаками, гравитационное осаждение и турбулентное выпадение на дневную поверхность. Кислотные дожди за счет выпадения их в почву, водоемы, попадания в органы дыхания вызывают бронхиты у людей, приступы удушья у астматиков.

Предотвращение загрязнения – достижение условий перемешивания атмосферного воздуха. Для этого используется специальное оборудование, предотвращающее выбросы продуктов горения в атмосферу.

Пылегазоулавливание происходит через седиментационные камеры, циклоны, кипящий слой при сжигании топлива, рукавные фильтры, мокрые скрубберы, газожидкостные поглотители, ультразвуковые агломераторы и электрофильтры (электроосадители).

Разбавление радиоактивных веществ, в химической промышленности – пахучих веществ.

Рассеивание,чтобы основной выброс в атмосферу приходился на период хорошей вентиляции атмосферы.

В ряде стран введено специальное законодательство, направленное на ограничение загрязнения атмосферы. В СССР в 1980 г. был принят Закон об охране атмосферного воздуха. Соответствующие законы приняты в Нидерландах (1952), Великобритании (1956), ФРГ (1959), Франции (1961), Норвегии (1962), США (1963), Бельгии (1964).

Нормирование выбросов – один из важных механизмов, предупреждающих неконтролируемое загрязнение атмосферного воздуха. Однако в этом случае без межгосударственных соглашений в области охраны качества воздушного бассейна не обойтись. Проблема чистоты атмосферы – проблема межгосударственная.