Виды промышленных газообразных выбросов

Под атмосферным воздухом понимают жизненно важный компонент ОС, представляющий собой естественную смесь газов и находящийся за пределами жилых, производственных и других помещений. Охрана атмосферного воздуха – ключевая проблема оздоровления ОС. Атмосферный воздух выполняет сложнейшую защитную экологическую функцию, предохраняя Землю от абсолютно холодного космоса и потока солнечного ультрафиолетового и ионизирующего излучения. В атмосфере идут глобальные метеорологические процессы, формируются климат и погода, задерживается масса метеоритов.

Атмосфера обладает способностью к самоочищению. Оно происходит при вымывании осадками аэрозолей, турбулентном перемещении приземного слоя воздуха, оседании загрязненных веществ. Но на сегодняшний момент атмосферный воздух уже не в полной мере выполняет свои защитные, терморегулирующие и жизнеобеспечивающие функции из-за различных видов загрязнений.

Естественное загрязнение воздуха вызвано природными процессами. К ним относятся: вулканическая деятельность, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных и степных пожаров и др.

Антропогенное загрязнение связано с выбросом загрязняющих веществ в результате деятельности человека. По масштабам антропогенное загрязнение значительно превосходит природное.

По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в атмосферу классифицируются как [10]:

1. газообразные (диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды и т.д.;

2. жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.);

3. твердые (канцерогенные вещества, свинец, его соединения, органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещества и др.)

Помимо указанных полютантов в атмосфере городов наблюдается загрязнение еще 70 видами вредных веществ.

Наиболее опасное загрязнение атмосферы – радиоактивное, обусловленное в основном долгоживущими радиоактивными изотопами – продуктами испытаний ядерного оружия и действующих АЭС, аварийных выбросов (суммарный выброс радиоактивных веществ во время Чернобыльской катастрофы составил 77 кг, при атомном взрыве в Хиросиме их образовалось лишь 740 г) [9].

Кроме указанных видов загрязнений атмосферы, наблюдается еще тепловое загрязнение («острова теплоты» над большими городами).

Основные источники загрязнений и вредных воздействий на атмосферу – энергетические устройства, сжигающие твердое, жидкое и газообразное топливо, транспорт, предприятия черной и цветной металлургии, химическая, горнодобывающая и перерабатывающая промышленность, целлюлозно-бумажная и нефтеперерабатывающая промышленность [13].

Состав промышленных выбросов в атмосферу чрезвычайно разнообразен: в них содержатся сотни химических соединений в виде газов, аэрозолей или паров. Сжигание топлива и многие промышленные процессы поглощают из атмосферы содержащийся в ней кислород. Выбросы в атмосферу и извлечение из нее кислорода приводят к глобальным и локальным изменениям воздушной среды (см. лекцию 2).

Выделение аэрозолей от предприятий и транспорта создает над современными промышленными городами и районами шапки мглы, препятствующие проникновению солнечных лучей. Высокая концентрация загрязнителей в воздухе над многими крупными городами опасна для здоровья людей, зеленых насаждений, а также служит причиной разрушения зданий.

Газопылевые промышленные выбросы часто мигрируют, распространяясь на большие расстояния; общеизвестен факт выпадения кислотных дождей от выброса SO₂ и тумана H₂SO₄ предприятиями одной страны на территории другой.

В таблице 5.1 представлены приближенные сведения о количестве газопылевых выбросов в атмосферу по отраслям мировой промышленности.

Таблица 5.1

В газообразных промышленных выбросах вредные примеси можно разделить на две группы: взвешенные частицы (аэрозоли) и газообразные и парообразные вещества.

К аэрозолям относятся взвешенные твердые частицы (пыль, дым) неорганического и органического происхождения, а также взвешенные частицы жидкости (тумана).

Пыль – это дисперсная малоустойчивая система, содержащая больше крупных частиц, чем дым и туман. Счетная концентрация (число частиц в 1 см3) мала по сравнению с тем же показателем дыма и тумана. Неорганическая пыль в промышленных газовых выбросах образуется при горных разработках, переработке руд, металлов, минеральных солей и удобрений, строительных материалов, карбидов и других неорганических веществ. Промышленная пыль органического происхождения – это, например, угольная, древесная, торфяная, сланцевая, сажа и т.д.

К дымам относятся аэродисперсные системы с малой скоростью осаждения под действием силы тяжести. Дымы образуются при сжигании топлива и его деструктивной переработке, а также в результате химических реакций, например в результате взаимодействия аммиака и хлороводорода, окислении паров металлов в электрической дуге и т.д. Размеры частиц в дымах много меньше, чем в пыли и туманах и составляют от 0, 5 мкм до субмикронных размеров, т.е. менее 0, 1 мкм.

Туманы состоят из капелек жидкости, образующихся при конденсации паров или распылении жидкости. В промышленных выхлопах туманы образуются в основном из кислоты: серной, фосфорной и др.

К газообразным и парообразным веществам, содержащимся в промышленных газовых выхлопах, относятся: кислоты, галогены и галогенопроизводные, газообразные оксиды, альдегиды, кетоны, спирты, углеводороды, амины, нитросоединения, пары металлов, пиридины, меркаптаны и многие другие компоненты. Эта группа вредных примесей наиболее многочисленна.

В настоящее время безотходная технология находится в стадии становления. Полностью безотходных предприятий просто не существует, поэтому основной задачей газоочистки является снижение содержания токсичных веществ в газовых выбросах до уровня ПДК. При содержании в воздухе нескольких токсичных веществ их суммарная концентрация не должна превышать 1, т.е.:

где С₁, …, С_n –фактическая концентрация загрязнителей в воздухе, мг/м³, ПДК₁, …ПДК_n –предельно допустимые концентрации соответствующих загрязнителей, мг/м³.

При невозможности достигнуть ПДК очисткой, иногда применяют выброс газов через высокие дымовые трубы для рассеивания примесей в верхних слоях атмосферы. Теоретическое определение примесей в нижних слоях атмосферы в зависимости от высоты трубы и других факторов связано с законами турбулентной диффузии. При этом можно рассчитать предельно допустимый выброс, г/сек, (ПДВ) вредных примесей в атмосферу, обеспечивающий концентрацию этих веществ в приземном слое воздуха не выше ПДК (методику расчета см. пр. занятие №1).

Однако достижение ПДК с помощью «высоких труб» не предохраняет атмосферу, а лишь переносит загрязнения из одного района в другие.