Охрана воздушной среды

Атмосфера - наиболее легкая оболочка нашей планеты, граничащая с космосом. Через атмосферу осуществляется обмен веществом и энергией с космосом, в этом состоит ее биосферная функция. Земля получает метеоритную материал и космическую пыль и теряет легкие газы - водород и гелий. Атмосфера Земли пронизана солнечным излучением, которое определяет тепловой режим поверхности планеты, вызывает диссоциацию молекул газов и ионизацию атомов.

Газовый состав атмосферы

Структура атмосферы и зависимость температуры от высоты

Загрязнение атмосферы. Последствия для биосферы
Атмосферные загрязнители разделяются по агрегатному состоянию:
1. Твердые, в том числе пыли.
2. Жидкие, в том числе
аэрозоли.
3. Газообразные, в том числе пары.
4. Смешанные.
По происхождению:
1. Естественные земного (вулканы, пожары, выветривание) и неземного (метеориты, кометы) происхождения. Не угрожают состоянию атмосферы.
2. Антропогенные: теплоэнергетические, атомной энергетики, промышленные, транспортные. Угрожают состоянию атмосферы как природной среды.

Последствия загрязнения атмосферы
ПАРНИКОВЫЙИ ЭФФЕКТ. Заключается в том, что воздух с повышенным содержанием СО2 прозрачен для солнечного излучения в видимом диапазоне и поглощает тепловое инфракрасное излучение Земли. При этом солнечное излучение беспрепятственно нагревает поверхность Земли, а инфракрасное излучение Земли поглощается в приземном слое и не может уйти в космос. Глобальным последствием увеличения концентрации СО2 в атмосфере будет потепление климата Земли, что приведет к массовому таянию льдов, подъему уровня воды в океанах, затоплению обширных территорий суши, исчезновению части животного и растительного мира.

РАЗРУШЕНИЕ ОЗОНОВОГО СЛОЯ. Природа явления не выяснена. Наиболее распространена теория разрушения О3 выбрасываемыми в атмосферу фтор- хлор- углеродами, которые используются в компрессионных холодильных установках и для вытеснения жидкостей из аэрозольных упаковок. Большинство развитых стран подписали конвенцию о недопустимости выбросов фтор- хлор- углеродов в атмосферу.
Озоновый слой выполняет защитную функцию, поглощая высокочастотное ультрафиолетовое излучение Солнца, смертельное для живых организмов. Поскольку количество О3 убывает, слой утончается и все большая часть ультрафиолетовых лучей высокой частоты проходит к поверхности Земли. По прогнозам в ближайшие годы концентрация О3 в атмосфере снизится на 10%.

КИСЛОТНЫЕ ДОЖДИ. Возникают в результате химических реакций продуктов сгорания с атмосферной водой. Считают, что 2/3 кислотных осадков вызваны реакцией
SО2+Н2О=Н2SО3,
а 1/3 - реакцией
2NО2+Н2О+О=2НNО3.
В первом случае атмосферные осадки содержат серную кислоту, во втором - азотную. Окислы серы образуются в воздухе при сжигании содержащих серу органических веществ, таких, как уголь и нефть. Окислы азота являются результатом химической реакции между атмосферными азотом и кислородом при высоких температурах, возникающих на границе пламени при сжигании в воздухе любых видов топлив. Кислотные осадки разрушают хлорофилл в листьях растений, снижают их урожайность, повышают кислотность почв, вызывают коррозию металлов, отрицательно действуют на человека, растений и животных.

СМОГ. Это локальное загрязнение, при котором газообразные загрязнители не рассеиваются, а под действием солнечного излучения образуют NО2 - газ коричневого цвета, О2 и О3. Эти продукты соединяются с аэрозолями и пылью, вступают в реакции с другими загрязнителями, и процесс идет непрерывно, захватывая новые загрязнители.
Различают два типа смогов:
восстановительный (дым, сажа, SO2)
Максимальные уровни загрязнений наблюдаются утром при t = O°C. Раздражает дыхательные пути.
фотохимический
Образуется при взаимодействии окислов азота с углеводородами выхлопных газов. Это белёсый туман, иногда желтовато-коричневого оттенка, вызывающий резкую боль в глазах и слезотечение. Образование фотохимического смога ускоряется в присутствии солнечных лучей, поэтому максимальные уровни его приходятся на полдень.

Медики и экологи считают, что практически 40 % заболеваний (онкология, инфекционные заболевания, сахарный диабет, бронхиальная астма и т.п.) вызваны экологическими причинами.
Иногда именно загрязнение воздуха приводит к смертельным исходам. Чаще умирают люди, уже страдавшие тяжёлыми заболеваниями органов дыхания и сердечно-сосудистой системы. Однако есть фактор, бесспорно коррелирующий с числом серьёзных лёгочных и сердечно-сосудистых заболеваний – это курение. Курильщики в загрязнённом воздухе больше подвержены заболеваниям лёгких, чем в отсутствии загрязнения. [ Курение и загрязнение воздуха обладает сильным синергическим эффектом.
Таким образом, увеличение загрязнения атмосферы приводит к росту числа различных заболеваний и преждевременных смертей.

Методы защиты атмосферы
Нормирование загрязнителей атмосферы с помощью предельно допустимых концентраций (ПДК). Концентрации газообразных загрязнителей определяются с помощью приборов - газоанализаторов.
Различают несколько видов ПДК:
1. ПДКРЗ (предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны) - это такая концентрация вредных веществ в воздухе (мг/м3), при которой ежедневная работа в течение 8 часов на протяжении всего рабочего стажа не может вызывать у трудящихся отклонений в состоянии здоровья. Устанавливается для промышленных зон.

2. ПДКСС (среднесуточная предельно допустимая концентрация вредного вещества в атмосфере, мг/м3) – устанавливается для жилых зон и биосферы в целом. При концентрациях загрязнителей не превышающих ПДКСС можно находиться неограниченно длительное время без вреда для здоровья.
ПДК для различных загрязнителей разные.

Методы очистки газовых выбросов в атмосферу
1. Механические осадители пыли:
Циклон

Фильтры тканевые

Осадительный лабиринт

2. Мокрые инерционные пылеуловители:

Схема электрического фильтра

Физико-химические методы очистки газов
1. Абсорбция - поглощение загрязнителей жидким сорбентом. Аппаратура, реализующая данный метод очистки, аналогична барботажным, пенным аппаратам, или брызгальным скрубберам в которых в качестве жидкости используется сорбент.
2. Адсорбция - поглощение загрязнителей твердыми пористыми веществами. Наиболее распространенный сорбент - активированный уголь.

3. Конденсация - осуществляется переводом вредных газов и паров в жидкую фазу путем охлаждения выбросов в теплообменном устройстве до температуры ниже точки росы. Основным недостатком метода является возможность очистки воздушных выбросов только от веществ с достаточно низкой температурой кипения.

4. Дожигание углеводородов и других органических соединений до более простых, в идеале - до состояния СО2 и Н2О. Метод достаточно варварский, но из-за простоты технической реализации широко распространен в России. Например, при добыче нефти в Томской области из – за отсутствия газопроводов большую часть попутного природного газа приходится сжигать.