Тақырып. Ауа бассейнін қорғау жүйелері.

Табиғ ат – бұ л ө зара тең геріліп тұ ратын кө птеген байланыстардың біртұ тас жү йесі, бұ л байланыстардың бірінң бұ зылуы табиғ аттағ ы заттар мен энергия айналымын тең геудің бұ зылуына ә келіп соғ ады.

Кө лік, энергетика жә не ө неркә сіптің дамуы табиғ аттағ ы қ алыптасқ ан айналымдардың орасан ө згерістерге ұ шырауына ә келіп соғ уда. Қ азіргі заманда, адам ә рекеті тү рлі табиғ и ресурстарды пайдалумен тығ ыз байланысты, сондық тан да қ оршағ ан ортаны қ орғ ау – адам ү шін маң ызды мә селенің бірі. Бұ л мә селенің маң ыздылығ ы Жер бетіндегі адам санының, мысалы ХХ ғ асырда 1, 5-нан 5, 5 млдр. дейін артуына, сонымен қ атар, табиғ ат ресурстарын ө ндіру мен ө ң деудің артуына байланысты. Мысалы, қ азіргі уақ ытта ә лемдік энергетика қ уаты ә рбір он екі жылда, ал ө неркә сіптік ө ндіріс кө лемі ә рбір он бес жылда екі есе ө суде. Жер қ ойнауынан жыл сайын 100 млрд. астам пайдалы қ азбалар алынып, егістіктерге 500 млн. тоннадан астам минералдық тың айтқ ыштар жә не 3 млн.тоннадан астам тү рлі улы химикаттар себіледі, ө зен суларының 13 %-ы қ олданылып, су қ оймаларына 700 млрд. м³ ө ндірістік жә не тұ рмыстық лас сулар қ ұ йылады, атмосферағ а 250 млн. тонна шаң, 200 млн. тонна СО, 100 млн. тонна SO₂, 65 млн. тонна NO_x, 50 млн. тоннадан астам кө міртегі жә не 15 млрд. тонна СО₂ шығ арылады екен. Зиянды заттардың қ оршағ ан ортағ а ә серін екі аспектіде қ арастыруғ а болады: глобальді - яғ ни, біртұ тас биосферағ а зиянды ә серін тигізетін жә не локальді – биосфераның жергілікті аумақ тарына зиянды ә серін тигізетін. Тарихта табиғ атқ а антропогенді ә серін тигізетін глобальді катострофалар болмағ анымен, локальді катострофалар болды.

Табиғ атқ а антропогенді ә серлердің артуы кө птеген экологиялық проблемаларды туғ ызуда. Ә сіресе, олардың арасында айта кететін мә селе, атмосфера мен гидросфераның кү йі.

Ауа бассейнін қ орғ ау жү йесі

Атмосфераны ластау кө здері: кө лік (70 %), ЖЭС жә не қ азандық тар (17 %), ө неркә сіптік мекемелер (12 %) жә не т.б. (1 %).

Атмосфера дегенімі – планетамен бірге айналатын, қ алың дығ ы 1000 км болатын планетаның газ қ абығ ы. Атмосфераның салмағ ы 5, 2*10¹⁵ тоннаны қ ұ райды. Атмосфера шартты тү рде физико-метеорологиялық қ асиеттері ә р тү рлі бірнеше зоналарғ а бө лінеді (73-сурет). Атмосфераның негізгі зоналары арасында «пауза» деп аталатын ө тпелі зоналар- тропопауза, стратопауза жә не мезопауза орналасады.

Біздің тіршілік ә рекетіміз тө менгі тропосферағ а байланысты.

Тропосфера – атмосфераның негізгі қ абаты, мұ нда жалпы атмосфера ауасының 75 %-ы жинақ талғ ан, турбуленнтік пен конвекция ө те дамығ ан, су буының негізгі бө лігі бұ лтқ а айналады, циклондар мен антициклондар туындайды. Тропосфера аумағ ындағ ы ауа қ ұ рамы ө згермейді, оның қ ұ рамы: N₂=78, 09 %; O₂ = 20, 95 %; Ar=0, 93 %; CO₂=0, 03 %, сонымен қ атар, мардымсыз мө лшерде неон, гелий, криптон, ксенон, сутегі, озон жә не су буы бар.Тропосферадағ ы ауа температурасы шамамен тең із бетінен +15 ⁰С-дан стратосферағ а шектесуінде -57⁰С-ғ а дейін, яғ ни 6, 5 ⁰С/км ө згереді.

73-сурет.

Жер мен атмосфера – сыртқ ы энергия кө зі – Кү н бар, кү рделі динамикалық жү йе. Бұ л динамикалық жү йеге Кү н ә серінің сипаты бойынша атмосфераны екіге бө луге болады: «жоғ арғ ы» жә не «тө менгі» аймақ. Жоғ арғ ы тропосферадан жоғ ары орналасқ ан аймақ та кү н радиациясы ә серінен фотонизация, фотодиссоциация, терістік қ ұ былу жә не т.б. процестер болып жатады. Тө менгі тропосферағ а сә йкес келетін аймақ та кү н ә серінен жер беті қ ызып, нә тижесінде атмосферада конвективті ағ ындар мен ауа турбуленттігін туғ ызатын температура, қ ысым градиенттері орын алады.

Технологиялық (жалпы кө лемнің 90 %) жә не желдету (жалпы кө лемнің 10 %) жү йелерінің шығ арыстарымен тү сетін зиянды заттар қ оршағ ан ортаны ластауда, оның ішінде ауа бассейнін жә не флора мен фаунағ а, сондай-ақ, адамның ө мір сү ру ортасына (ғ имараттар, қ ұ рылымдар жә не т.б.) зиянын тигізуде.

Қ оршағ ан ортаны, оның ішінде атмосфераны қ орғ ау мақ сатында, санитарлық бақ ылау органдары атмосферағ а шығ арылатын зиянды заттардың шекті рұ қ сат етілген концентрациясы (ПДК) мен шекті рұ қ сат етілген шығ арыстарды (ПДВ) бекітіп берді.

Шекті рұ қ сат етілген концентрация деп - зиянды заттардың қ оршағ ан ортағ а жә не адамғ а зиянын тигізбейтін, яғ ни организмде патологиялық ө згерістер, ауру немесе рефлекторлық реакциялар туғ ызбайтын мө лшерін айтады.

Қ азіргі уақ ытта зиянды шығ арыстардың жұ мыс аймағ ындағ ы шекті рұ қ сат етілген концентрациясы ПДК_РЗ, сыртқ ы ауадағ ы шекті рұ қ сат етілген концентрациясы ПДК_Н, бұ л орайда шекті рұ қ сат етілген бір реттік максималды концентрациясы ПДК_МР жә не орташа тә уліктік шекті концентрация ПДК_СС деген ұ ғ ымдар қ алыптасқ ан.

Кейбір зиянды заттардың бұ л шекті мө лшерлері тө мендегі 2-кестеде берілген.

2-кестеден ПДК_РЗ мә ндері ПДК_Н мә ндерінен едә уір артық екенін кө руге болады, себебі, ПДК_РЗ 8 сағ аттық жұ мыс жасайтын денсаулығ ы жақ сы адамдар ү шін тағ айындалғ ан, ал сыртқ ы ауада науқ ас, егде жә не жас балалар да дем алады.

Нормативтік қ ұ жаттар [22] бойынша, қ оршағ ан ортаны ластаушы кез-келген заттың жер бетіндегі концентрациясының максимал мә ні С_Мі (мг/м³) сол заттың шекті рұ қ сат етілген мө лшерінен ПДК_н артық болмауы керек.

С_Мі ≤ ПДК_н (51)

Бірақ кө птеген заттардың зиянды ә сері бір бағ ытты: NO₂ + SO₂; SO₂ + V₂O₅; NO + NO₂ + SO₂ + V₂O₅ жә не т.б. Мұ ндай заттар ү шін мына шарт орындалуы тиіс:

(52)

Егер жер бетіндегі ауа қ абатында зиянды заттардың фондық концентрациясы С_Фі (мг/м³) деп аталатын мө лшері бар болатын болса, онда мына шарт орындалуы керек:

С_Мі + С_Фі ≤ ПДК_н (53)

ПДК ауа сапасының кө рсеткіші болғ анымен, оның бірнеше кемшіліктері бар:

1) ПДК мә ніне тек зиянды зат шығ арысын азайту арқ ылы ғ ана қ ол жеткізбейді, оғ ан шығ арыс лақ тыру кө зін биіктету арқ ылы да қ ол жеткізуге болады;

2) ПДК мә ні зиянды заттардың адамғ а, флора мен фаунағ а тек тікелей ә серін қ арастырады да, жанама ә серлерін қ арастырмайды;

3) ПДК мә ні жұ мыс жасап жатқ ан мекемелер проблемасын шешпейді, ө йткені олардың шығ арысы ПДК мә нінен асып кетеді, яғ ни С_Фі ≥ ПДК_н.

Сондық тан, ауа сапасын жақ сарту мә селелерінде шекті рұ қ сат етілген зиянды зат шығ арысы кө рсеткішін (ПДВ) пайдаланғ ан жө н.

Атмосфера мен жер бетіндегі ауа қ абатын жылжымалы жә не тұ рақ ты зиянды зат кө здері бірдей ластайды. Жылжымалы зиянды зат кө зіне механикалық кө ліктің барлық тү рі жатады. Қ алғ ан зияндя зат кө здері тұ рақ ты болып есептеледі. Тұ рақ ты зиянды зат кө здері нү ктелік (жеккелеген мұ ржалардан, шығ арыс жалыны ұ зындығ ынан бірнеше есе кіші диаметрлі қ ұ бырдан), сызық тық (аэрациялық фонарлар немесе қ аз-қ атар орналасқ ан бірнеше мұ ржалардан) жә не аудандақ (бірнеше бір типтес кө здерден) болып бө лінеді.

Зиянды заттар температурасына байланысты технологиялық (ыстық) жә не желдету (суық) шығ арылыс болып бө лінеді. Шығ арыстардың технологиялық жә не желдету болып бө лінуі мына ө рнек арқ ылы анық талады:

, (54)

мұ ндағ ы, w₀ – шығ арыс кө зінен газ қ оспасының шығ у жылдамдығ ы, м/с; Н – шығ арыс кө зінің жер бетінен орналасу биіктігі, м; Δ Т – шығ арылатын газ қ оспасы температурасы мен атмосфера ауасының температура айырмасы, ⁰С; D_Э – шығ арыс кө зінің тиімді диаметрі, м.

Егер f< 100 (Δ T> 0) болса, онда шығ арычс технологиялық, ал f ≥ 100 (Δ T≈ 0) болса, онда шығ арыс желдетулік болғ аны.

Маң айындағ ы ғ имарттарғ а қ арағ анда, шығ арыс кө зі биіктігі мен орналасу орнына байланысты биік, тө мен, сыртқ ы жә не ішкі болып бө лінеді (74-суретті қ араң ыз).

Егер шығ арыс кө зінен шық қ ан зиянды зат, желдің айналу аумағ ын ластайтын болса, мұ ндай шығ арыс кө зі биік болып есептеледі. Басқ адай жағ дайда – тө мен. Егер, шығ арыс кө зі айналу аумағ ының ішінде орналасса жә не одан шақ қ ан зиянды зат толығ ымен айналу аумағ ына келіп тү сетін болса, онда мұ ндай шығ арыс кө зі ішкі тө мен шығ арыс кө зі болып табылады. Егер шығ арыстар айналу аумағ ын жартылай ластайтын болса, онда ол сыртқ ы тө мен шығ арыс кө зі болғ аны.

74 сурет

Атмосфераны қ орғ аудың инженерлік ә дістері белсенді жә не бә сең болып екіге бө лінеді. Қ оршағ ан ортаны қ орғ аудың бә сең ә дістеріне зиянды шығ арыс мө лшерін азайта алмайтын, тек оның атмосферада тиімді таралуын қ арастыратын ә дістер жатады. Атмосфераны қ орғ ауда кең інен таралғ ан бә сең ә дістердің бірқ атары: зиянды шығ арыс кө зінің биіктігін арттыру; газ қ оспасының шығ у жылдамдығ ын арттыру; газ қ оспасының температурасын арттыру жә не т.б.

Зиянды ә серінің қ осарлануы болмайтын, дө ң гелек ауызды жеке тұ рғ ан желдету шығ арысы кө зінің биіктігі мына ө рнекпен анық талады:

(55)

Ал, зиянды ә серінің қ осарлануы бар заттар ү шін:

(56)

Технологиялық жеке дө ң гелек ауызды шығ арыс кө зінің минималды биіктігі Н, м, зиянды заттың қ осарлануы болмағ ан жағ дайда мына ө рнекпен анық талады:

(57)

Ал, зиянды ә сері қ осарланатын заттар ү шін:

(58)

(55) ÷ (58) ө рнектерде: А – атмосфераның температуралық стратификациясына байланысты алынатын коэффициент (Қ Р ү шін А=200); М – зиянды заттың шығ арылуы, г/с; М₁^пр – зиянды ә сері қ осарланатын бір зиянды затқ а келтірілген қ осынды шығ арылыс, г/с; F – зиянды заттың атмосферада отыруын ескеретін ө лшемсіз коэффициент; m жә не n - зиянды заттың шығ арыс кө зінен шығ уын ескеретін кө эффициенттер; η – зиянды заттың сейілуіне рельефтің тигізетін ә серін ескеретін ө лшеусіз коэффициент; V₁ – газ-ауа қ оспасының шығ ыны, м³/с; Δ T – қ оршағ ан ауа ортасы мен газ-ауа қ оспасының температуралар айырымы; ⁰С; ПДК – зиянды заттың шекті рұ қ сат етілген концентрациясы мг/м³; С_Ф – зиянды заттың фондық концентрациясы, мг/м³; Сф₁^пр - зиянды ә сері қ осарланатын белгілі бір затқ а келтірілген концентрация, мг/м³.

75-сурет.

1- корпус; 2 – кіру қ ұ быршасы; 3- шығ у қ ұ быршасы;

4 – шаң ды газдардың кіруі; 5- тазартылғ ан газдың шығ уы; 6- шаң ә кету.

Атмосфераны қ орғ аудың белсенді ә дістеріне – зиянды зат шығ арысының мө лшерін тө мендететін, аз қ алдық ты технологиялар, шығ арыстарды қ атты жә не газ тә різді қ оспалардан тазартатын ә дістер жатады. Олардың ішінде тиімді болып саналатыны – экономикалық таза немесе аз қ алдық ты тү рлі ө ндірістік циклдер. Қ азіргі уақ ытта ө ндірістік жә не коммуналдық мекемелердің зиянды заттар шығ аруымен кү ресу жолы тазарту қ ондырғ ыларын пайдалану.

Желдету жә не технолгиялық шығ арыстарды қ атты зиянды қ оспалардан тазарту ү шін тү рлі шаң ұ стағ ыштар: шаң отырғ ызу камералары; майлы, талшық ты жә не губка тә різді сү згілер; жалюзді шаң ұ стағ ыштар, циклондар; дымқ ыл тазарту аппараттары; электрлі шаң ұ стағ ыштар жә не т.б. қ олданылады.

Шаң ұ стағ ыштар ретінде ең кө п тарағ ан қ ондырғ ы - циклондар. Оның жұ мыс істеу принципі - газ ағ ынының айналып қ озғ алыс туғ ызуына негізделген, ол газды арнайы тангенциалды айналдырып беру немесе арнайы айналдыру қ ондырғ алары арқ ылы беру нә тижесінде туындайды.

Айналып қ озғ алатын газ ағ ынындағ ы қ атты бө лшектер, ортадан тепкіш кү ш ә серінен циклонның қ абырғ асына соқ тығ ып, жылдамдығ ын жоғ алтады да, ауырлық кү ші ә серінен циклонның тө менгі конустық бө лігіне тү седі, ол жерден шаң бункеріне ә кетіледі.

Желдету жә не технолгоиялық шығ арыстарды тазарту ә дістері ондағ ы газ қ ұ рамының тү ріне, физикалық жә не химиялық қ асиеттеріне байланысты анық талады. Мысалы, газ тә різді шығ арыстарды кү кірт тотығ ынан тазарту ү шін, ізбестік, аммиак жә не басқ а да «дымқ ыл» тазартулар немесе «қ ұ рғ ақ» тазартудың абсорбциялық жә не адсорбциялық ә дістері қ олданылады.

Мысал ретінде, 76-суретте, жоғ ары тиімділікке қ ол жеткізетін (90-92 %) газдарды SO₂ газынан тазартудың ізбесті-ізбестас ә дісі қ арастырылғ ан.

Тазарту барысында, газдар абсорберге беріледі, онда олар CaCO₃ ізбес ерітіндісімен жә не Ca(OH)₂ ізбес сү тімен шайылады. Тазартылатын газдар мен жұ тқ ыш реагенттердің қ арама-қ арсы қ озғ алысы салдарынан SO₂ газының абсорбциясы, яғ ни кальций сульфитін тү зе отырып жұ тылады:

CaCO₃+ SO₂ = CaSO₃ + CO₂; (59)

Ca(OH)₂ + SO₂ = CaSO₃+ H₂O. (60)

Алынғ ан кальций сульфаты СаСО₃ суспензиясын арнайы тотық тырғ ыш-реакторда ауамен ү рлеу нә тижесінде CaSO₄ гипсі алынады.

76-сурет.

1-абсорбер; 2- газ кіруі; 3- газ шығ уы; 4- реактор-тотық тырғ ыш; 5- пульпа сорғ ысы; 6 – сү згі; 7- айналдыру сорғ ысы; 8- циклон; 9- центрифуга; 10- су жинағ ыш; 11- гипс шығ уы; 12- сығ ымдағ ыштан келетін ауа; 13- ізбес суспензиясы.

Газ тә різді заттарды азот тотығ ынан тазарту ү шін азот тотығ ының тү зілу қ арқ ындылығ ын тө мендететін тү рлі «режимдік» жә не радикалды ә дістер - азот тоығ ын аммиакпен каталитикалы тұ рақ тандырудың селективті ә дісі жә не т.б. қ олданылады.

Мысал ретінде, 77-суретте тазарту тиімділігі 90 %, азот тоығ ын аммиакпен каталитикалы тұ рақ тандырудың селективті ә дісі кө рсетілген.

Тазартуғ а температурасы 300÷ 420 ⁰С технолгиялық шығ арыстар жіберіледі. Каталитикалы тазарту барысында NO тотығ ы аммиакпен молекулярлық азот тү зе отырып тұ рақ танады:

6NO + 4NH₃ = 5N₂ + 6H₂O; (61)

4NO + 4 NH₃ + O₂ = 4N₂ + 6H₂O. (62)

Қ оршағ ан ауа ортасын желдету жә не технологиялық шығ арыстардың зиянды заттарынан тазартудың тиімді жолы – атмосфераны қ орғ аудың белсенді жә не бә сең ә дістерін бірге қ олдану. Сонымен қ атар, қ оршағ ан ауа ортасының сапасын жақ сартуда қ алалар мен елді мекемелерді сә улеттік-жоспарлаудың тиімді шешімдерін территорияның аэрациялану жолдарын біле отырып жасағ ан жө н.

Ұ сынылатын ә дебиеттер: 8 негізгі [4-11; 57-101; 108-109]; 14 қ осым. [30-36; 75-80 114-130].

Бақ ылау сұ рақ тары:

1. Атмосфераның қ ұ рылымы мен қ ұ рамы.

2. Зиянды заттардың шекті рұ қ сат етілген концентрациясы мен шекті рұ қ сат етілген шығ арыстары.

3. Атмосфераны ластайтын зиянды заттар кө зінің жіктелуі.

4. Атмосфераны қ орғ аудың белсенді жә не бә сең ә дістері.