Реклама на портале

Методы защиты атмосферы, их классификация. Какие бывают способы защиты атмосферы? Способы охраны атмосферы

Выбросы промышленных предприятий характеризуются большим разнообразием дисперсного состава и других физико-химических свойств. В связи с этим разработаны различные методы их очистки и типы газо- и пылеуловителей - аппаратов, предназначенных для очистки выбросов от загрязняющих веществ.

Методы очистки промышленных выбросов от пыли можно разделить на две группы: методы улавливания пыли «сухим» способом и методы улавливания пыли «мокрым» способом . Аппараты обеспыливания газов включают: пылеосадительные камеры, циклоны, пористые фильтры, электрофильтры, скрубберы и др.

Наиболее распространенными установками сухого пылеулавливания являются циклоны различных типов.

Они используются для улавливания мучной и табачной пыли, золы, образующейся при сжигании топлива в котлоагрегатов. Газовый поток поступает в циклон через патрубок 2 по касательной к внутренней поверхности корпуса 1 и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса. Под действием центробежной силы частицы пыли отбрасываются к стенке циклона и под действием силы тяжести опадают в бункер для сбора пыли 4, а очищенный газ выходит через выходную трубу 3. Для нормальной работы циклона необходима его герметичность, если циклон не герметичен, то из-за подсоса наружного воздуха происходит вынос пыли с потоком через выходную трубу.

Задачи по очистке газов от пыли могут успешно решаться цилиндрическими (ЦН-11, ЦН-15, ЦН-24, ЦП-2) и коническими (СК-ЦН-34, СК-ЦН-34М, СКД-ЦН-33) циклонами, разработанными НИИ по промышленной и санитарной очистке газов (НИИОГАЗ). Для нормального функционирования избыточное давление газов, поступающих в циклоны, не должно превышать 2500 Па. При этом во избежание конденсации паров жидкости t газа выбирается на 30 – 50 о С выше t точки росы, а по условиям прочности конструкции – не выше 400 о С. Производительность циклона зависит от его диаметра, увеличиваясь с ростом последнего. Эффективность очистки циклонов серии ЦН падает с ростом угла входа в циклон. С увеличением размера частиц и уменьшением диаметра циклона эффективность очистки возрастает. Цилиндрические циклоны предназначены для улавливания сухой пыли аспирационных систем и рекомендованы к использованию для предварительной очистки газов на входе фильтров и электрофильтров. Циклоны ЦН-15 изготавливают из углеродистой или низколегированной стали. Канонические циклоны серии СК, предназначенные для очистки газов от сажи, обладают повышенной эффективностью по сравнению с циклонами типа ЦН за счет большего гидравлического сопротивления.



Для очистки больших масс газов применяют батарейные циклоны, состоящие из большего числа параллельно установленных циклонных элементов. Конструктивно они объединяются в один корпус и имеют общий подвод и отвод газа. Опыт эксплуатации батарейных циклонов показал, что эффективность очистки таких циклонов несколько ниже эффективности отдельных элементов из-за перетока газов между циклонными элементами. Отечественная промышленность выпускает батарейные циклоны типа БЦ-2, БЦР-150у и др.

Ротационные пылеуловители относятся к аппаратам центробежного действия, которые одновременно с перемещением воздуха очищают его от фракции пыли крупнее 5 мкм. Они обладают большой компактностью, т.к. вентилятор и пылеуловитель обычно совмещены в одном агрегате. В результате этого при монтаже и эксплуатации таких машин не требуется дополнительных площадей, необходимых для размещения специальных пылеулавливающих устройств при перемещении запыленного потока обыкновенным вентилятором.

Конструктивная схема простейшего пылеуловителя ротационного типа представлена на рисунке. При работе вентиляторного колеса 1 частицы пыли за счет центробежных сил отбрасываются к стенке спиралеобразного кожуха 2 и движутся по ней в направлении выхлопного отверстия 3. Газ, обогащенный пылью, через специальное пылеприемное отверстие 3 отводится в пылевой бункер, а очищенный газ поступает в выхлопную трубу 4.

Для повышения эффективности пылеуловителей такой конструкции необходимо увеличить переносную скорость очищаемого потока в спиральном кожухе, но это ведет к резкому повышению гидравлического сопротивления аппарата, или уменьшить радиус кривизны спирали кожуха, но это снижает его производительность. Такие машины обеспечивают достаточно высокую эффективность очистки воздуха при улавливании сравнительно крупных частиц пыли – свыше 20 – 40 мкм.

Более перспективными пылеотделителями ротационного типа, предназначенными для очистки воздуха от частиц размером > 5 мкм, являются противопоточные ротационные пылеотделители (ПРП). Пылеотделитель состоит из встроенного в кожух 1 полого ротора 2 с перфорированной поверхностью и колеса вентилятора 3. Ротор и колесо вентилятора насажены на общий вал. При работе пылеотделителя запыленный воздух поступает внутрь кожуха, где закручивается вокруг ротора. В результате вращения пылевого потока возникают центробежные силы, под действием которых взвешенные частицы пыли стремятся выделиться из него в радиальном направлении. Однако на эти частицы в противоположном направлении действуют силы аэродинамического сопротивления. Частицы, центробежная сила которых больше силы аэродинамического сопротивления, отбрасываются к стенкам кожуха и поступают в бункер 4. Очищенный воздух через перфорацию ротора с помощью вентилятора выбрасывается наружу.

Эффективность очистки ПРП зависит от выбранного соотношения центробежной и аэродинамической сил и теоретически может достигать 1.

Сравнение ПРП с циклонами свидетельствует о преимуществах ротационных пылеуловителей. Так, габаритные размеры циклона в 3 – 4 раза, а удельные энергозатраты на очистку 1000 м 3 газа на 20 – 40 % больше, чем у ПРП при прочих равных условиях. Однако широкое распространение пылеуловители ротационного действия не получили из-за относительной сложности конструкции и процесса эксплуатации по сравнению с другими аппаратами сухой очистки газов от механических загрязнений.

Для разделения газового потока на очищенный газ и обогащенный пылью газ используют жалюзийный пылеотделитель. На жалюзийной решетке 1 газовый поток расходом Q разделяется на два протока расходом Q 1 и Q 2 . Обычно Q 1 = (0.8-0.9)Q, а Q 2 =(0.1-0.2)Q. Отделение частиц пыли от основного газового потока на жалюзийной решетке происходит под действием инерционных сил, возникающих при повороте газового потока на входе в жалюзийную решетку, а также за счет эффекта отражении частиц от поверхности решетки при соударении. Обогащенный пылью газовый поток после жалюзийной решетки направляется к циклону, где очищается от частиц, и вновь вводится в трубопровод за жалюзийной решеткой. Жалюзийные пылеотделители отличаются простотой конструкции и хорошо компонуются в газоходах, обеспечивая эффективность очистки 0,8 и более для частиц размером более 20 мкм. Они применяются для очистки дымовых газов от крупнодисперсной пыли при t до 450 – 600 о С.

Электрофильтр. Электрическая очистка один из наиболее совершенных видов очистки газов от взвешенных в них частиц пыли и тумана. Этот процесс основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах. Осадительные электроды 2 присоединяют к положительному полюсу выпрямителя 4 и заземляют, а коронирующее электроды подсоединяют к отрицательному полюсу. Частицы, поступающие в электрофильтр, ок положительному полюсу выпрямителя 4 и заземляют, а коронирующее электроды приедаче заряда ионов примесей ана. бычно уже имеют небольшой заряд, полученный за счет трения о стенки трубопроводов и оборудования. Таким образом, отрицательно заряженные частицы движутся к осадительному электроду, а положительно заряженные частицы оседают на отрицательном коронирующем электроде.

Фильтры широко используют для тонкой очистки газовых выбросов от примесей. Процесс фильтрования состоит в задержании частиц примесей на пористых перегородках при движении через них. Фильтр представляет собой корпус 1, разделенный пористой перегородкой (фильтро-

элементом) 2 на две полости. В фильтр поступают загрязненные газы, которые очищаются при прохождении фильтроэлемента. Частицы примесей оседают на входной части пористой перегородки и задерживаются в порах, образуя на поверхности перегородки слой 3.

По типу перегородок фильтры бывают:- с зернистыми слоями (неподвижные свободно насыпанные зернистые материалы) состоящие из зерен различной формы, используют для очистки газов от крупных примесей. Для очистки газов от пылей механического происхождения (от дробилок, сушилок, мельниц и др.) чаще используют фильтры из гравия. Такие фильтры дешевы, просты в эксплуатации и обеспечивают высокую эффективность очистки (до 0,99) газов от крупнодисперсной пыли.

С гибкими пористыми перегородками (ткани, войлоки, губчатая резина, пенополиуретан и др.);

С полужесткими пористыми перегородками (вязанные и тканые сетки, прессованные спирали и стружка и др.);

С жесткими пористыми перегородками (пористая керамика, пористые металлы и др.).

Наибольшее распространение в промышленности для сухой очистки газовых выбросов от примесей имеют рукавные фильтры. В корпусе фильтра 2 устанавливается необходимое число рукавов 1, во внутреннюю полость которых подается запыленный газ от входящего патрубка 5. Частицы загрязнений за счет ситового и других эффектов оседают в ворсе и образуют пылевой слой на внутренней поверхности рукавов. Очищенный воздух выходит из фильтра через патрубок 3.При достижении максимально допустимого перепада давления на фильтре его отключают от системы и производят регенерацию встряхиванием рукавов с обработкой их продувкой сжатым газом. Регенерация осуществляется специальным устройством 4.

Пылеуловители различных типов, в том числе и электрофильтры, применяют при повышенных концентрациях примесей в воздухе. Фильтры используют для тонкой очистки воздуха с концентрациями примесей не более 50 мг/м 3 , если требуемая тонкая очистка воздуха идет при больших начальных концентрациях примесей, то очистку ведут в системе последовательно соединенных пылеуловителей и фильтров.

Аппараты мокрой очистки газов имеют широкое распространение, т.к. характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсных пылей с d ч ≥ (0,3-1,0) мкм, а также возможностью очистки от пылей горячих и взрывоопасных газов.. Однако мокрые пылеуловители обладают рядом недостатков, ограничивающих область их применения: образования в процессе очистки шлама, что требует специальных систем для его переработки; вынос влаги в атмосферу и образование отложений в отводящих газоходах при охлаждении газов до температуры точки росы; необходимость создания оборотных систем подачи воды в пылеуловитель.

Аппараты мокрой очистки работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность либо капель жидкости, либо пленки жидкости. Осаждение частиц пыли на жидкость происходит под действием сил инерции и броуновского движения.

Среди аппаратов мокрой очистки с осаждением частиц пыли на поверхность капель на практике более применимы скрубберы Вентури . Основная часть скруббера – сопло Вентури 2, в конфузорную часть которого подводится запыленный поток газа и через центробежные форсунки 1 жидкость на орошение. В конфузорной части сопла происходит разгон газа от входной скорости 15-20 м/с до скорости в узком сечении сопла 30-200 м/с, а в диффузорной части сопла поток тормозится до скорости 15-20 м/с и подается в каплеуловитель 3. Каплеуловитель обычно выполняют в виде прямоточного циклона. Скрубберы Вентури обеспечивают высокую эффективность очистки аэрозолей со средним размером частиц 1-2 мкм при начальной концентрации примесей до 100 г/м 3 .

К мокрым пылеуловителям относят барботажго-пенные пылеуловители с провальной и переливной решетками. В таких аппаратах газ на очистку поступает под решетку 3, проходит через отверстия в решетке и, проходя через слой жидкости или пены 2, под давлением, очищается от части пыли за счет осаждения частиц на внутренней поверхности газовых пузырей. Режим работы аппаратов зависит от скорости подачи воздуха под решетку. При скорости до 1 м/с наблюдается барботажный режим работы аппарата. Дальнейший рост скорости газа в корпусе аппарата c 1 до 2-2,5 м/с сопровождается возникновением пенного слоя над жидкостью, что приводит к повышению эффективности очистки газа и брызгоуноса из аппарата. Современные барботажго-пенные аппараты обеспечивают эффективность очистки газа от мелкодисперсной пыли ≈ 0,95-0,96 при удельных расходах воды 0,4-0,5 л/м 3 . Но эти аппараты весьма чувствительны к неравномерности подачи газа под провальные решетки, что приводит к местному сдуву пленки жидкости с решетки. Решетки склонны к засорению.

Методы очистки промышленных выбросов от газообразных загрязнителей по характеру протекания физико-химических процессов делят на пять основных групп: промывка выбросов растворителями примесей (абсорбция); промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически (хемосорбция); поглощение газообразных примесей твердыми активными веществами (адсорбция); термическая нейтрализация отходящих газов и применение каталитического превращения.

Метод абсорбции . В технике очистки газовых выбросов про­цесс абсорбции часто называют скрубберным процессом. Очистка газовых выбросов методом абсорбции заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одно­го или нескольких газовых компонентов (абсорбатов) этой смеси жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора.

Движущей силой здесь является градиент концентрации на гра­нице фаз газ - жидкость. Растворенный в жидкости компонент газовоздушной смеси (абсорбат) благодаря диффузии проникает во внутренние слои абсорбента. Процесс протекает тем быстрее, чем больше поверхность раздела фаз, турбулентность потоков и коэффициенты диффузии, т. е. в процессе проектирования абсор­беров особое внимание следует уделять организации контакта га­зового потока с жидким растворителем и выбору поглощающей жидкости (абсорбента).

Решающим условием при выборе абсорбента является раство­римость в нем извлекаемого компонента и ее зависимость от тем­пературы и давления. Если растворимость газов при 0°С и пар­циальном давлении 101,3 кПа составляет сотни граммов на 1 кг растворителя, то такие газы называют хорошо растворимыми.

Организация контакта газового потока с жидким растворите­лем осуществляется либо пропусканием газа через насадочную колонну, либо распылением жидкости, либо барботажем газа че­рез слой абсорбирующей жидкости. В зависимости от реализуе­мого способа контакта газ - жидкость различают: насадочиые башни: форсуночные и центробежные скрубберы, скрубберы Вентури; барботажно-пенные и другие скрубберы.

Общее устройство противопоточной насадочной башни приве­дено на рисунке. Загрязненный газ входит в нижнюю часть башни, а очищенный покидает ее через верхнюю часть, куда при помощи одного или нескольких разбрызгивателей 2 вводят чистый погло­титель, а из нижней отбирают отработанный раствор. Очищенный газ обычно сбрасывают в атмосферу. Жидкость, покидающую абсорбер, подвергают регенерации, десорбируя загрязняющее вещество, и возвра­щают в процесс или выводят в качестве отхода (побочного продукта). Химически инертная на­садка 1, заполняющая внутреннюю полость ко­лонны, предназначена для увеличения поверх­ности жидкости, растекающейся по ней в виде пленки. В качестве насадки используют тела разной геометрической формы, каждая из кото­рых характеризуется собственной удельной по­верхностью и сопротивлением движению газово­го потока.

Выбор метода очистки определяется технико-экономическим расчетом и зависит от: концентрации загрязнителя в очищаемом газе и требуемой степенью очистки, зависящей от фонового за­грязнения атмосферы в данном регионе; объемов очищаемых га­зов и их температуры; наличия сопутствующих газообразных при­месей и пыли; потребности в тех или иных продуктах утилизации и наличии требуемого сорбента; размеров площадей, имеющихся для сооружения газоочистной установки; наличия необходимого катализатора, природного газа и т. д.

При выборе аппаратурного оформления для новых технологи­ческих процессов, а также при реконструкции действующих уста­новок газоочистки необходимо руководствоваться следующими требованиями: максимальная эффективность процесса очистки в широком диапазоне нагрузочных характеристик при малых энер­гетических затратах; простота конструкции и ее обслуживания; компактность и возможность изготовления аппаратов или отдель­ных узлов из полимерных материалов; возможность работы на циркуляционном орошении или на самоорошении. Главный прин­цип, который должен быть положен в основу проектирования очистных сооружений, - это максимально возможное удержание вредных веществ, теплоты и возврат их в технологический про­цесс.

Задача №2 : На зерноперерабатывающем предприятии установлено оборудование, являющиеся источником выделения зерновой пыли. Для её удаления из рабочей зоны, оборудование снабжено аспирационной системой. С целью очистки воздуха перед выбросом его в атмосферу применяется пылеулавливающая установка, состоящая из одиночного или батарейного циклона.

Определить: 1. Предельно допустимый выброс зерновой пыли.

2. Подобрать конструкцию пылеулавливающей установки, состоящей из циклонов НИИ по промышленной и санитарной очистке газов (НИИ ОГАЗ), определить её эффективность по графику и рассчитать концентрацию пыли на входе и выходе из циклона.

Высота источника выброса Н = 15 м,

Скорость выхода газовоздушной смеси из источника w о = 6 м/с,

Диаметр устья источника Д = 0,5 м,

Температура выброса Т г = 25 о С,

Температура окружающего воздуха Т в = _ -14 о С,

Средний размер частиц пыли d ч = 4 мкм,

ПДК зерновой пыли = 0,5 мг/м 3 ,

Фоновая концентрация зерновой пыли С ф = 0,1 мг/м 3 ,

Предприятие находится в Московской области,

Рельеф местности спокойный.

Решение.1.Определяем ПДВ зерновой пыли:

М пдв = , мг/м 3

из определения ПДВ имеем: С м =С пдк – С ф = 0,5-0,1=0,4 мг/м 3 ,

Расход газовоздушной смеси V 1 = ,

DT = Т г – Т в = 25 – (-14) = 39 о С,

определяем параметры выброса: f =1000 , тогда

m = 1/(0,67+0,1 + 0,34 ) = 1/(0,67 + 0,1 +0,34 ) = 0,8 .

V м = 0,65 , тогда

n = 0,532V м 2 – 2,13V м + 3,13= 0,532×0,94 2 – 2,13×0,94 + 3,13 = 1,59, и

М пдв = г/с.

2. Выбор очистной установки и определение её параметров.

а) Выбор пылеулавливающей установки производится по каталогам и таблицам («Вентиляция, кондиционирование и очистка воздуха на предприятиях пищевой промышленности» Е.А.Штокман, В.А.Шилов, Е.Е.Новгородский и др., М.,1997). Критерием выбора является производительность циклона, т.е. величина расхода газовоздушной смеси, при которой циклон обладает max эффективностью. При решении задачи воспользуемся таблицей:

В первой строчке приводятся данные для одиночного циклона, во второй – для батарейного циклона.

Если расчетная производительность находится в интервале между табличными значениями, то выбирают конструкцию пылеулавливающей установки с ближайшей большей производительностью.

Определяем часовую производительность очистной установки:

V ч = V 1 × 3600 = 1.18 × 3600 = 4250 м 3 /ч

Согласно таблице по ближайшей большей величине V ч = 4500 м 3 /ч выбираем пылеулавливающую установку в виде одиночного циклона ЦН-11 с диаметром 800 мм.

б) По графику рис.1 приложения эффективность пылеулавливающей установки при среднем диаметре частиц пыли 4 мкм составляет h оч = 70%.

в) Определяем концентрацию пыли на выходе из циклона(в устье источника):

С вых =

Максимальную концентрацию пыли в очищаемом воздухе С вх определяем:

С вх = .

Если фактическое значение С вх больше 1695 мг/м 3 , то пылеулавливающая установка не даст нужного эффекта. В этом случае необходимо использовать более совершенные методы очистки.

3. Определяем показатель загрязнения

Р = ,

где М – масса выброса загрязняющего вещества, г/с,

Показатель загрязнения показывает, какое количество чистого воздуха необходимо для «растворения» загрязняющего вещества, выделяемого источником за единицу времени, до ПДК с учетом фоновой концентрации.

Р = .

Показатель загрязнения за год – суммарный показатель загрязнения. Для его определения находим массу выброса зерновой пыли за год:

М год = 3,6 × М ПДВ × Т × d ×10 -3 = 3,6 × 0,6 × 8 × 250 × 10 -3 = 4,32 т/год, тогда

åР = .

Показатель загрязнения необходим для сравнительной оценки различных источников выбросов.

Для сравнения посчитаем åР для сернистого ангидрида из предыдущей задачи за такой же период времени:

М год = 3,6 × М ПДВ × Т × d × 10 -3 = 3,6 × 0,71 × 8 × 250 × 10 -3 = 5,11 т/год, тогда

åР =

И в заключении необходимо начертить эскиз выбранного циклона по размерам, приведенным в приложении, в произвольном масштабе.

Контроль над загрязнением окружающей среды. Плата за наносимый ущерб окружающей среды.

При расчете количества загрязняющего вещества, т.е. массы выброса, определяют две величины: валовый выброс (т/год) и максимально разовый выброс (г/с) . Величина валового выброса применяется для общей оценки загрязнения атмосферы данным источником или группой источников, а также является основой для расчета платежей за загрязнение ОПС.

Максимально разовый выброс позволяет оценить состояние загрязнения атмосферного воздуха в данный момент времени и является исходной величиной для расчета максимальной приземной концентрации загрязняющего вещества и его рассеивания в атмосфере.

При разработке мероприятий по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу необходимо знать, какой вклад вносит каждый источник в общую картину загрязнения атмосферного воздуха в районе расположения предприятия.

ВСВ – временно согласованный выброс. Если на данном предприятии или группе предприятий, расположенных в одном районе (С Ф большая), значение ПДВ по объективным причинам не могут быть достигнуты в настоящее время, то по согласованию с органом, осуществляемым государственный контроль за охраной атмосферы от загрязнения, природопользователю назначается ВСВ с принятием поэтапного снижения выбросов до величин ПДВ и разработкой конкретных мер для этого.

Взимание платы осуществляется за следующие виды вредного воздействия на окружающую природную среду: - выброс в атмосферу загрязняющих веществ от стационарных и передвижных источников;

Сброс загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты;

Размещение отходов;

Др. виды вредного воздействия (шум, вибрация, электромагнитное и радиационное воздействия и т.п.).

Установлены два вида базовых нормативов платы:

а) за выбросы, сбросы загрязняющих веществ и размещение отходов в пределах допустимых нормативов

б) за выбросы, сбросы загрязняющих веществ и размещение отходов в пределах установленных лимитов (временно согласованных нормативов).

Базовые нормативы платы устанавливаются по каждому ингредиенту ЗВ(отходу) с учетом степени опасности их для ОПС и здоровья населения.

Ставки платы за загрязнение ОПС указаны в Постановлении Правительства РФ от 12 июня 2003г. № 344 «О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух ЗВ стационарными и передвижными источниками, сбросы ЗВ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение отходов производства и потребления» за 1 т в рублях:

Плата за выбросы загрязняющих веществ, не превышающих установленные природопользователю нормативы:

П = С Н × М Ф, при М Ф £ М Н,

где М Ф – фактический выброс загрязняющего вещества, т/год;

М Н – предельно допустимый норматив этого загрязняющего вещества;

С Н – ставка платы за выброс 1 т данного загрязняющего вещества в пределах допустимых нормативов выбросов, руб/т.

Плата за выбросы загрязняющих веществ в пределах установленных лимитов выбросов:

П = С Л (М Ф – М Н)+ С Н М Н, при М Н < М Ф < М Л, где

С Л – ставка платы за выброс 1 т загрязняющего вещества в пределах установленных лимитов выбросов, руб/т;

М Л – установленный лимит выброса данного загрязняющего вещества, т/год.

Плата за сверхлимитный выброс загрязняющих веществ:

П = 5× С Л (М Ф – М Л) + С Л (М Л – М Н) + С Н × М Н, при М Ф > М Л.

Плата за выброс загрязняющих веществ, когда природопользователю не установлены нормативы выбросов загрязняющих веществ или штраф:

П = 5 × С Л × М Ф

Платежи за предельно-допустимые выбросы, сбросы ЗВ, размещение отходов осуществляются за счет себестоимости продукции (работ, услуг), а за превышение их – за счет прибыли, оставшейся в распоряжении природопользователя.

Платежи за загрязнение ОПС поступают:

19% в Федеральный бюджет,

81% в бюджет субъекта Федерации.

Задача № 3. «Расчет технологических выбросов и плата за загрязнение окружающей природной среды на примере хлебозавода»

Основная масса загрязняющих веществ, таких как этиловый спирт, уксусная кислота, уксусный альдегид, образуются в пекарных камерах, откуда удаляются по вытяжным каналам за счет естественной тяги или выбрасываются в атмосферу через металлические трубы или шахты высотой не менее 10 – 15 м. Выбросы мучной пыли, в основном, происходят на складах муки. Окислы азота и углерода образуются при сжигании в пекарных камерах природного газа.

Исходные данные:

1. Годовая выработка хлебозавода г.Москвы – 20.000 т/год хлебобулочных изделий, в т.ч. хлебобулочных изделий из пшеничной муки – 8.000 т/год, хлебобулочных изделий из ржаной муки – 5.000 т/год, хлебобулочных изделий из смешанных валок – 7.000 т/год.

2. Рецептура валок: 30% - пшеничная мука и 70% - ржаная мука

3. Условие хранения муки – бестарное.

4. Топливо в печах и котлах– природный газ.

I. Технологические выбросы хлебозавода.

II. Плату за загрязнение атмосферы, если ПДВ по:

Этиловому спирту – 21т/год,

Уксусной кислоте – 1,5 т/год (ВСВ – 2,6 т/год),

Уксусный альдегид – 1 т/год,

Мучная пыль – 0,5 т/год,

Окислы азота – 6,2 т/год,

Окислы углерода – 6 т/год.

1. В соответствии с методикой ВНИИ ХП технологические выбросы при выпечке хлебобулочных изделий определяются методом удельных показателей:

М = В × m , где

М – количество выбросов загрязняющего вещества в кг за единицу времени,

В – выработка продукции в т за этот же промежуток времени,

m – удельный показатель выбросов загрязняющего вещества на единицу выпускаемой продукции, кг/т.

Удельные выбросы ЗВ в кг/т готовой продукции.

1.Этиловый спирт: хлебобулочные изделия из пшеничной муки – 1,1 кг/т,

хлебобулочные изделия из ржаной муки – 0,98 кг/т.

2. Уксусная кислота: хлебобулочные изделия из пшеничной муки – 0,1 кг/т,

хлебобулочные изделия из ржаной муки – 0,2 кг/т.

3. Уксусный альдегид – 0,04 кг/т.

4. Мучная пыль – 0,024 кг/т (для бестарного хранения муки), 0,043 кг/т (для тарного хранения муки).

5. Оксиды азота- 0,31 кг/т.

6. Оксиды углерода – 0,3 кг/т.

I. Расчет технологических выбросов:

1. Этиловый спирт:

М 1 = 8000 × 1,1 = 8800 кг/год;

М 2 = 5000 × 0,98 = 4900 кг/год;

М 3 = 7000(1,1×0,3+0,98×0,7) = 7133 кг/год;

общий выброс М = М 1 +М 2 +М 3 = 8800+4900+7133 = 20913 кг/год.

2. Уксусная кислота:

Хлебобулочные изделия из пшеничной муки

М 1 = 8000 × 0,1 = 800 кг/год;

Хлебобулочные изделия из ржаной муки

М 2 = 5000 × 0,2 =1000 кг/год;

Хлебобулочные изделия из смешанных валок

М 3 = 7000(0,1×0,3+0,2×0,7) = 1190 кг/год,

общий выброс М = М 1 + М 2 + М 3 = 800 + 1000 + 1190 = 2990 кг/год.

3. Уксусный альдегид М = 20000 × 0,04 = 800 кг/год.

4. Мучная пыль М = 20000 × 0,024 = 480 кг/год.

5. Оксиды азота М = 20000 × 0,31 = 6200 кг/год.

6. Оксиды углерода М = 20000 × 0,3 = 6000 кг/год.

II. Расчет платы за загрязнение ОПС.

1. Этиловый спирт: М Н = 21 т/год, М Ф = 20,913 т/год Þ П = С Н × М ф = 0,4 × 20,913 = 8,365 руб.

2. Кислота уксусная: М Н =1,5 т/год, М Л = 2,6 т/год, М Ф =2,99 т/год Þ П=5С Л (М Ф –М Л)+С Л (М Л – М Н)+С Н × М Н =

5×175×(2,99-2,6) + 175 ×(2,6 – 1,5) + 35×1,5= 586,25 руб.

3. Альдегид уксусный: М Н = 1 т/год, М Ф = 0,8 т/год Þ П = С Н × М Ф = 68 × 0,8 = 54,4 руб.

4. Пыль мучная: М Н = 0,5 т/год, М Ф = 0,48 т/год Þ П = С Н × М Ф = 13,7 × 0,48 = 6,576 руб.

5. Азота оксид: М Н = 6,2 т/год, М Ф = 6,2 т/год Þ П = С Н × М Ф = 35 × 6,2 = 217 руб.

6. Углерода оксид: М Н = 6 т/год, М Ф = 6т/год Þ

П = С Н × М Ф = 0,6 × 6 = 3,6 руб.

Коэффициент, учитывающий экологические факторы, для Центрального района РФ = 1,9 для атмосферного воздуха, для города коэффициент равен 1,2.

åП = 876,191 · 1,9 ·1,2 = 1997,72 руб

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ.

Задание 1

№ варианта Производитель- ность котельной Q об, МДж/час Высота источника Н, м Диаметр устья Д, м Фоновая концентрация SO 2 С ф, мг/м 3
0,59 0,004
0,59 0,005
0,6 0,006
0,61 0,007
0,62 0,008
0,63 0,004
0,64 0,005
0,65 0,006
0,66 0,007
0,67 0,008
0,68 0,004
0,69 0,005
0,7 0,006
0,71 0,007
0,72 0,008
0,73 0,004
0,74 0,005
0,75 0,006
0,76 0,007
0,77 0,008
0,78 0,004
0,79 0,005
0,8 0,006
0,81 0,007
0,82 0,008
0,83 0,004
0,84 0,005
0,85 0,006
0,86 0,007
0,87 0,004
0,88 0,005
0,89 0,006

Загрязнители воздуха могут находиться в разном агрегатном состоянии – это может быть состояние пыли, тумана, газопарообразных примесей. Их можно разделить на первичные – эти загрязнители непосредственно поступают в атмосферу и вторичные , являющиеся результатом их превращений.

Замечание 1

Например, сернистый газ, поступающий в атмосферу, окисляется до серного ангидрида. Взаимодействуя с водяным паром серный ангидрид, образует капли серной кислоты, образуя кислотные дожди.

В выбросах промышленных предприятий содержатся твердые взвешенные или жидкие частицы. Они представляют собой двухфазные системы. Газы в этой системе являются сплошной фазой , а твердые или жидкие частицы относятся к дисперсной фазе . Исходя из этого, системы очистки воздуха должны быть разные.

Очистка от пыли состоит из 4-х основных групп:

  1. Сухие пылеуловителя;
  2. Мокрые пылеуловители;
  3. Электрофильтры;
  4. Фильтры.

Пылеуловители и электрофильтры используются тогда, когда содержание пыли в воздухе повышенно. Тонкая очистка воздуха при концентрации примесей меньше $100$ мг/куб. м осуществляется с помощью фильтров. Присутствующие в воздухе примеси в виде жидкостей – кислот, щелочей, масел, создающих туман, убирают с помощью туманоуловителей и используют для этого волокнистые фильтры . От выбранного метода очистки воздуха зависят средства защиты от газообразных примесей.

В связи с этим выделяют:

  1. Метод промывки вредных веществ их растворителями или метод абсорбции ;
  2. Метод адсорбции . Газообразные примеси поглощаются за счет катализаторов;
  3. Метод хемосорбции , с помощью которого происходит промывка выбросов растворами реагентов. Реагенты связывают примеси химически;
  4. Сжигание или метод термической нейтрализации;
  5. Каталитический метод.

Весь процесс по очистке воздуха можно охарактеризовать основными параметрами:

Насколько эффективна общая очистка воздуха, показывающая степень снижения вредных веществ в применяемом средстве. Эффективность характеризуется коэффициентом $h= \frac{C_{вх} – C_{вых}}{C_{вх}}.$ Cвх и Cвых, представляют концентрацию вредных веществ до и после очистки воздуха.

Оказываемое гидравлическое сопротивление . Это разность давления на входе и выходе из системы очистки $DP=\frac{xrV2}{2}$, $X$ – гидравлическое сопротивление, $r$– плотность воздуха (кг/ куб. м), $V$ – скорость воздуха (м/с). Производительность процесса показывает, какой объем воздуха проходит через систему за единицу времени (куб.м/час).

Механические системы очистки воздуха

Чтобы промышленные выбросы очистить от твердых и жидких вредных примесей используют улавливающие аппараты различных конструкций.

Принцип их работы:

Инертное осаждение . Суть его заключается в том, что направление вектора скорости движения выброса резко изменяется. Под действием инерционных сил твердые частицы будут двигаться в прежнем направлении, и попадать в приёмный бункер.

Осаждение гравитационными силами . Осаждение под их действием происходит из-за различной кривизны траектории движения газов и частиц. Вектор скорости его движения направлен горизонтально.

Осаждения центробежными силами . Суть его в том, что вредным выбросам придается вращательное движение внутри циклона и твердые частицы в результате этого центробежной силой отбрасываются к сетке. Поскольку центробежное ускорение больше ускорения силы тяжести в $1000$ раз, то удалить можно даже мелкие частицы. Циклоны, как правило, используются для сухой очистки воздуха. Частицы пыли осаждаются на стенках корпуса, а затем попадают в бункер. Через специальную выходную трубу выходит чистый воздух. Важным в этом процессе является герметичность бункера, чтобы осаждаемые частицы пыли не попали в выходную трубу. Концентрация и размер частиц пыли влияют на эффективность циклонов. Улавливающая способность циклонов в общей степени составляет $95$ %. Небольшие размеры, отсутствие движущихся деталей, простота конструкции являются основными преимуществами циклонов. К недостаткам относятся затраты энергии на вращение и значительный абразивный износ его частей.

Механическая фильтрация выброса через пористую перегородку. В процессе такой фильтрации задерживаются аэрозольные частицы, и полностью проходит газовая составляющая.

К механической системе очистки воздуха относятся мокрые пылеуловители . Это скрубберы , особенностью которых является эффективность очистки от мелкодисперсной пыли. Данные системы очищают от пыли горячие и взрывоопасные газы. Принцип их работы заключается в осаждении частиц пыли под действием сил инерции на поверхность жидких капель. В качестве такого химического орошающего агента может быть известковое молоко, которое подаётся в скруббер. В этом случае будет происходить химическая очистка газов. Сухие пылеуловители очистку от пыли движущегося воздуха производят механически под действием сил гравитации и инерции и называются инерционными . Если направление движения воздуха будет резко изменено, то частицы пыли по инерции сохранят направление своего движения, ударятся о поверхность, потеряют свою энергию и, под действием сил гравитации, осядут в специальном бункере.

Один из эффективных способов очистки газов от пыли является электрический способ , который осуществляется с помощью электрофильтров. В неоднородном электрическом поле, создаваемом между коронирующим и осадительным электродами, действует ударная ионизация газа. Попавшие между электродами загрязненные газы, вследствие частичной ионизации, проводят электрический ток. Частицы с отрицательным зарядом направляются к осадительному электроду, с положительным зарядом оседают на коронируюшем электроде. Если учесть, что частицы пыли получают в основном отрицательный заряд, то её основная масса будет находиться на положительном осадительном электроде. Удалить её с этого электрода не является большой сложностью. С помощью электрофильтров очистка газов доходит до $97$ %. В этом процессе тоже есть свои преимущества – удаляются мелкие частицы от $0,2$ мкм и свои недостатки – большой расход энергии, необходимость следить за чистотой электродов, высокие требования к технике безопасности.

Тонкую очистку выбросов производят с помощью фильтров, которые имеют пористую перегородку. В процессе фильтрования воздуха перегородка задерживает твердые частицы. Чаще всего промышленность использует тканевые рукавные фильтры, в корпусе которых устанавливается нужное число рукавов. Загрязненный воздух подается на рукава, а очищенный воздух выходит через патрубок. Поскольку рукава содержат загрязненные частицы и насыщены ими, то их обычно продувают и встряхивают для удаления осажденной пыли.

Физико-химические методы очистки загрязненного воздуха

Среди физико-химических методов очистки воздуха надо назвать метод абсорбции . Суть его заключается в разделении на составные части газовоздушной смеси. Происходит это разделение при поглощении газовых компонентов абсорбентом , который и является поглотителем . Абсорбент имеет определенный состав и выбирается исходя из того, как в нем растворяется поглощаемый газ.

Замечание 2

Например, чтобы удалить из выбросов аммиак, хлористый водород, в качестве поглотительной жидкости применяют воду . Серная кислота используется для улавливания водяного пара, а вязкими маслами удаляют ароматические углеводороды.

Чаще всего в абсорберы подается жидкий реагент вместо воды. От скрубберов абсорберы отличаются тем, что имеют насадку, которая увеличивает площадь поверхности контакта газа и жидкости. Происходит механическая и, в основном, химическая очистка газов от целого ряда вредных выбросов, среди которых оксиды азота, сера, уголь, сероуглерод, меркаптан. Высокая скорость абсорбции достигается при высоком давлении и низкой температуре.

Метод адсорбции , среди всех методов защиты воздушного бассейна он относится к одному из самых распространенны х. В основе метода лежат физические свойства ряда пористых материалов, способных извлекать отдельные компоненты из газовоздушной смеси. Основным адсорбентом в промышленности является активированный уголь . С помощью адсорбции проводится очистка вредных выбросов при высоких температурах. Используют активированный уголь для очистки газов от рекуперации растворителей, дурно пахнущих веществ и др. С точки зрения конструкции адсорберы представляют собой заполненные адсорбентом вертикальные или горизонтальные ёмкости и через них проходит поток очищаемых газов.

Хемосорбция как метод очистки основана на поглощении паров и газов. Поглощение осуществляется жидкими или твердыми поглотителями с образованием химических соединений. Применяемые для этого метода установки напоминают абсорберы.

Каталитический метод использует специальное вещество – катализатор , при взаимодействии с которым токсичные компоненты газовоздушной смеси становятся безвредными веществами. Катализаторами могут быть металлы и их соединения, например, платина, оксиды меди, марганца. Катализаторы ускоряют химический процесс и могут быть в виде шаров, колец, спиральной проволоки.

Чтобы очистить газ от вредных веществ используют термический метод , который требует поддержания высоких температур и наличия кислорода. С помощью термических катализаторов сжигаются углеводороды, оксид углерода, выбросы, сделанные с лакокрасочного производства.

Классическим примером очистки газов этим способом являются факелы на нефтеперерабатывающих заводах. Отработавшие газы предприятия, имеющие разное содержание горючих веществ, собирают в одну магистраль и на высоте около $100$ м сжигаются. Сжигание этих газов обязательно, потому что они ядовиты и взрывоопасны. В результате сжигания вредных примесей происходит полная очистка газов с выделением оксида углерода и пара, но при этом расходуется много топлива.

В целях защиты атмосферы от загрязнения применяют следующие экозащитные мероприятия:

– экологизация технологических процессов;

– очистка газовых выбросов от вредных примесей;

– рассеивание газовых выбросов в атмосфере;

– соблюдение нормативов допустимых выбросов вредных веществ;

– устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения и др.

Экологизация технологических процессов – это в первую очередь создание замкнутых технологических циклов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных загрязняющих веществ. Кроме того необходима предварительная очистка топлива или замена его более экологичными видами, применение гидрообеспыливания, рециркуляция газов, перевод различных агрегатов на электроэнергию и др.

Актуальнейшая задача современности – снижение загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автомобилей. В настоящее время ведется активный поиск альтернативного, более «экологически чистого» топлива, чем бензин. Продолжаются разработки двигателей автомобилей, работающих на электроэнергии, солнечной энергии, спирте, водороде и др.

Очистка газовых выбросов от вредных примесей. Нынешний уровень технологий не позволяет добиться полного предотвращения поступления вредных примесей в атмосферу с газовыми выбросами. Поэтому повсеместно используются различные методы очистки отходящих газов от аэрозолей (пыли) и токсичных газо- и парообразных примесей (NО, NО2, SO2, SO3 и др.).

Для очистки выбросов от аэрозолей применяют различные типы устройств в зависимости от степени запыленности воздуха, размеров твердых частиц и требуемого уровня очистки: сухие пылеуловители (циклоны, пылеосадительные камеры), мокрые пылеуловители (скрубберы и др.), фильтры, электрофильтры (каталитические, абсорбционные, адсорбционные) и другие методы для очистки газов от токсичных газо- и парообразных примесей.

Рассеивание газовых примесей в атмосфере – это снижение их опасных концентраций до уровня соответствующего ПДК путем рассеивания пылегазовых выбросов с помощью высоких дымовых труб. Чем выше труба, тем больше ее рассеивающий эффект. К сожалению, этот метод позволяет снизить локальное загрязнение, но при этом проявляется региональное.

Устройство санитарно-защитных зон и архитекгурно-планировочные мероприятия.

Санитарно-защитная зона (СЗЗ) – это полоса, отделяющая источники промышленного загрязнения от жилых или общественных зданий для защиты населения от влияния вредных факторов производства. Ширина этих зон составляет от 50 до 1000 м в зависимости от класса производства, степени вредности и количества выделяемых в атмосферу веществ. При этом граждане, чье жилище оказалось в пределах СЗЗ, защищая свое конституционное право на благоприятную среду, могут требовать либо прекращения экологически опасной деятельности предприятия, либо переселения за счет предприятия за пределы СЗЗ.

Архитектурно-планировочные мероприятия включают правильное взаимное размещение источников выброса и населенных мест с учетом направления ветров, выбор под застройку промышленного предприятия ровного возвышенного места, хорошо продуваемого ветрами и т. д.

Предыдущие материалы:

1.Требования к выбросам в атмосферу.

Средства защиты должны ограничивать наличие вредных веществ в воздухе среды обитания человека на уровень не выше ПДК: по каждому вредному веществу, где - фоновая концентрация.

А при наличии нескольких вредных веществ однонаправленного действия условие (*) в гл.1.4 §2. Соблюдение этих требований достигается локализацией вредных веществ в месте их образования отводом из помещения или от оборудования и рассеиванием в атмосфере. Если при этом концентрации вредных веществ в атмосфере превышают ПДК, то применяют очистку выбросов от вредных веществ в аппаратах очистки, установленных в выпускной системе. Наиболее распространены вентиляционные, технологические и транспортерные выпускные системы.

На практике реализуются следующие варианты защиты атмосферного воздуха:

а) вывод токсичных веществ из помещений общеобменной вентиляцией;

б) локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах и его возврат в производственные помещения, если воздух соответствует нормативным требованиям к приточному воздуху;

в) локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере;

г) очистка технологичных газовых выбросов в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере; в ряде случаев перед выбросом отходящие газы разбавляют атмосферным воздухом;

д) очистка отработавших газов в специальных аппаратах и выброс в атмосферу или производственную зону.

Для соблюдения ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест устанавливают предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ из систем вытяжной вентиляции, различных технологических и энергетических установок. Предельно допустимые выбросы ГТДУ самолетов гражданской авиации определены ГОСТ 17.2.2.04 – 86; выбросы автомобилей с ДВС ГОСТ 17.2.2.03 – 87 и др.; для промышленных предприятий ПДВ устанавливается требованиями ГОСТ 17.2.3.02 – 78.

2.Рассеивание выбросов в атмосфере.

Основным документом, регламентирующим расчет рассеивания и определения приземных концентраций выбросов промышленных предприятий, является «Методика расчета концентрации в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий ОНД – 86.

При определении ПДВ примеси от расчетного источника необходимо учитывать ее концентрацию в атмосфере, обусловленную выбросами от других источников. Для случаев рассеивания нагретых выбросов через одиночную незатененную трубу:

, где

Н – высота трубы;

Q – объем расходуемой газовоздушной смеси, выбрасываемой через трубу;

Это разность между температурой, выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха, равной средней температуре самого жаркого месяца в 13 часов;

А – коэффициент, зависящий от температурного градиента атмосферыи определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредностей.

K F - коэффициент, учитывающий скорость оседания взвешенных частиц выброса в атмосфере;

m и n – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья трубы.

3. Оборудование для очистки выбросов.

Аппараты очистки вентиляции и технологических выбросов в атмосферу делятся на:

а) пылеуловители (сухие, электрические, фильтры, мокрые);

б) туманоуловители (низкоскоростные и высокоскоростные);

в) аппараты для улавливания паров и газов (абсорбционные, хемосорбционные, адсорбционные и нейтролизаторы);

г) аппараты многоступенчатой очистки (уловители пыли и газов, уловители туманов и твердых примесей, многоступенчатые пылеуловители).

Их работа характеризуется рядом основных параметров:

а) эффективность очистки: , где

и - массовые концентрации примесей в газе до и после аппарата.

б) гидравлическое сопротивление аппаратов очистки: , где

и - давление газового потока на входе и выходе аппарата;

Коэффициент гидравлического сопротивления аппарата;

и - плотность и скорость газа в расчетном сечении аппарата.

Значение рассчитывают экспериментально, либо по этой формуле.

в) потребляемая мощность побудителя движения газов: , где

Q - объемный расход очищаемого газа;

к – коэффициент запаса мощности

- КПД передачи мощности от электродвигателя к вентилятору;

КПД вентилятора.


1
Содержание

I. Строение и состав атмосферы
II. Загрязнение атмосферы:

    Качество атмосферы и особенности ее загрязнения;
    Основные химические примеси, загрязняющие атмосферу.
III. Методы и средства защиты атмосферы:
    Основные методы защиты атмосферы от химических примесей;
    Классификация систем очистки воздуха и их параметры.
IV. Список литературы

I. Строение и состав атмосферы

Атмосфера – это газообразная оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов и простирающаяся на высоту более 100 км. Она имеет слоистое строение, которое включает ряд сфер и расположенные между ними паузы. Масса атмосферы составляет 5,91015 т, объем – 13,2-1020 м 3 . Атмосфера играет огромную роль во всех природных процессах и, в первую очередь, регулирует тепловой режим и общие климатические условия, а также защищает человечество от вредного космического излучения.
Основными газовыми компонентами атмосферы являются азот (78%), кислород (21%), аргон (0,9%) и углекислый газ (0,03%). Газовый состав атмосферы меняется с высотой. В приземном слое из-за антропогенных воздействий количество углекислого газа возрастает, а кислорода снижается. В отдельных регионах в результате хозяйственной деятельности в атмосфере увеличивается количество метана, оксидов азота и других газов, вызывающих такие неблагоприятные явления, как парниковый эффект, разрушение озонового слоя, кислотные дожди, смог.
Циркуляция атмосферы влияет на режим рек, почвенно-растительный покров, а также экзогенные процессы рельефообразования. И, наконец, воздух – необходимое условие жизни на Земле.
Наиболее плотный слой воздуха, прилегающий к земной поверхности, носит название тропосферы. Толщина ее составляет: на средних широтах 10-12 км, над уровнем моря и на полюсах 1-10 км, а на экваторе 16-18 км.
Из-за неравномерности нагрева солнечной энергией в атмосфере образуются мощные вертикальные потоки воздуха, а в приземном слое отмечается неустойчивость его температуры, относительной влажности, давления и т.п. Но при этом температура в тропосфере по высоте является стабильной и уменьшается на 0,6°С на каждые 100 м в диапазоне от +40 до -50°С. В тропосфере содержится до 80% всей влаги, имеющейся в атмосфере, в ней образуются облака и формируются все виды осадков, которые по своей сути являются очистителями воздуха от примесей.
Выше тропосферы расположена стратосфера, а между ними находится тропопауза. Толщина стратосферы составляет около 40 км, воздух в ней заряжен, влажность его невысока, при этом температура воздуха от границы тропосферы до высоты 30 км над уровнем моря постоянна (около -50°С), а затем она постепенно повышается до +10°С на высоте 50 км. Под воздействием космического излучения и коротковолновой части ультрафиолетового излучения Солнца молекулы газов в стратосфере ионизируются, в результате образуется озон. Озоновый слой, располагаемый до 40 км, играет очень большую роль, оберегая все живое на Земле от ультрафиолетовых лучей.
Стратопауза отделяет стратосферу от лежащей выше мезосферы, в которой количество озона уменьшается, а температура на высоте примерно 80 км над уровнем моря составляет -70°С. Резкий перепад температур между стратосферой и мезосферой объясняется наличием озонового слоя.

II. Загрязнение атмосферы

1) Качество атмосферы и особенности ее загрязнения

Под качеством атмосферы понимают совокупность ее свойств, определяющих степень воздействия физических, химических и биологических факторов на людей, растительный и животный мир, а также на материалы, конструкции и окружающую среду в целом. Качество атмосферы зависит от ее загрязненности, причем сами загрязнения могут попадать в нее от природных и антропогенных источников. С развитием цивилизации в загрязнении атмосферы все больше и больше превалируют антропогенные источники.
В зависимости от формы материи загрязнения подразделяют на вещественные (ингредиентные), энергетические (параметрические) и вещественно-энергетические. К первым относят механические, химические и биологические загрязнения, которые обычно объединяют общим понятием «примеси», ко вторым - тепловые, акустические, электромагнитные и ионизирующие излучения, а также излучения оптического диапазона; к третьим - радионуклиды.
В глобальном масштабе наибольшую опасность представляет загрязнение атмосферы примесями, так как воздух выступает посредником загрязнения всех других объектов природы, способствуя распространению больших масс загрязнения на значительные расстояния. Промышленными выбросами, переносимыми по воздуху, загрязняется Мировой океан, закисляются почва и вода, изменяется климат и разрушается озоновый слой.
Под загрязнением атмосферы понимают привнесение в нее примесей, которые не содержатся в природном воздухе или изменяют соотношение между ингредиентами природного состава воздуха.
Численность населения Земли и темпы его роста являются предопределяющими факторами повышения интенсивности загрязнения всех геосфер Земли, в том числе и атмосферы, так как с их увеличением возрастают объемы и темпы всего того, что добывается, производится, потребляется и отправляется в отходы. Наибольшее загрязнение атмосферы наблюдается в городах, где обычные загрязнители - это пыль, сернистый газ, оксид углерода, диоксид азота, сероводород и др. В некоторых городах в связи с особенностями промышленного производства в воздухе содержатся специфические вредные вещества, такие, как серная и соляная кислота, стирол, бенз(а)пирен, сажа, марганец, хром, свинец, метилметакрилат. Всего в городах насчитывается несколько сотен различных загрязнителей воздуха.
Особую тревогу вызывают загрязнения атмосферы вновь создаваемыми веществами и соединениями. ВОЗ отмечает, что из 105 известных элементов таблицы Менделеева 90 используются в производственной практике, а на их базе получено свыше 500 новых химических соединений, почти 10% из которых вредные или особо вредные.
2) Основные химические примеси,
загрязняющие атмосферу

Различают естественные примеси, т.е. обусловленные природными процессами, и антропогенные, т.е. возникающие в результате хозяйственной деятельности человечества (рис. 1). Уровень загрязнения атмосферы примесями от естественных источников является фоновым и имеет малые отклонения от среднего уровня во времени.

Рис. 1. Схема процессов выбросов веществ в атмосферу и трансформации
исходных веществ в продукты с последующим выпадением в виде осадков

Антропогенные загрязнения отличаются многообразием видов примесей и многочисленностью источников их выброса. Наиболее устойчивые зоны с повышенными концентрациями загрязнений возникают в местах активной жизнедеятельности человека. Установлено, что каждые 10-12 лет объем мирового промышленного производства удваивается, а это сопровождается примерно таким же ростом объема выбрасываемых загрязнений в окружающую среду. По ряду загрязнений темпы роста их выбросов значительно выше средних. К таковым относятся аэрозоли тяжелых и редких металлов, синтетические соединения, не существующие и не образующиеся в природе, радиоактивные, бактериологические и другие загрязнения.
Примеси поступают в атмосферу в виде газов, паров, жидких и твердых частиц. Газы и пары образуют с воздухом смеси, а жидкие и твердые частицы - аэрозоли (дисперсные системы), которые подразделяют на пыль (размеры частиц более 1 мкм), дым (размеры твердых частиц менее 1 мкм) и туман (размер жидких частиц менее 10 мкм). Пыль, в свою очередь, может быть крупнодисперсной (размер частиц более 50 мкм), среднедисперсной (50-10 мкм) и мелкодисперсной (менее 10 мкм). В зависимости от размера жидкие частицы подразделяются на супертонкий туман (до 0,5 мкм), тонкодисперсный туман (0,5-3,0 мкм), грубодисперсный туман (3-10 мкм) и брызги (свыше 10 мкм). Аэрозоли чаще полидисперсные, т.е. содержат частицы различного размера.
Основными химическими примесями, загрязняющими атмосферу, являются следующие: оксид углерода (СО), диоксид углерода (СО 2), диоксид серы (SO 2), оксиды азота, озон, углеводороды, соединения свинца, фреоны, промышленные пыли.
Основными источниками антропогенных аэрозольных загрязнений воздуха являются теплоэлектростанции (ТЭС), потребляющие уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и другие заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим химическим разнообразием. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже – оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Еще большее разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях.
К постоянным источникам аэрозольного загрязнения относятся промышленные отвалы – искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образующихся при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС. Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью.
Сжигание каменного угля, производство цемента и выплавка чугуна дают суммарный выброс пыли в атмосферу, равный 170 млн т/г.
Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. К опасным факторам антропогенного характера, способствующим серьезному ухудшению качества атмосферы, следует отнести ее загрязнение радиоактивной пылью. Время пребывания мелких частиц в нижнем слое тропосферы составляет в среднем несколько суток, а в верхнем – 20-40 суток. Что касается частиц, попавших в стратосферу, то они могут находиться в ней до года, а иногда и больше.

III. Методы и средства защиты атмосферы

1) Основные методы защиты атмосферы
от химических примесей

Все известные методы и средства защиты атмосферы от химических примесей можно объединить в три группы.
В первую группу входят мероприятия, направленные на снижение мощности выбросов, т.е. уменьшение количества выбрасываемого вещества в единицу времени. Во вторую группу входят мероприятия, направленные на защиту атмосферы путем обработки и нейтрализации вредных выбросов специальными системами очистки. В третью группу входят мероприятия по нормированию выбросов как на отдельных предприятиях и устройствах, так и в регионе в целом.
Для снижения мощности выбросов химических примесей в атмосферу наиболее широко используют:

    замену менее экологичных видов топлива экологичными;
    сжигание топлива по специальной технологии;
    создание замкнутых производственных циклов.
В первом случае применяют топливо с более низким баллом загрязнения атмосферы. При сжигании различных топлив такие показатели, как зольность, количество диоксида серы и оксидов азота в выбросах, могут сильно различаться между собой, поэтому введен суммарный показатель загрязнения атмосферы в баллах, который отражает степень вредного воздействия на человека.
Сжигание топлива по особой технологии (рис. 2) осуществляется либо в кипящем (псевдоожиженном) слое, либо предварительной их газификацией.

Рис. 2. Схема тепловой электростанции с использованием дожигания
топочных газов и впрыскиванием сорбента: 1 - паровая турбина; 2 - горелка;
3 - бойлер; 4 - электроосадитель; 5 - генератор

Для уменьшения мощности выброса серы твердое, порошкообразное или жидкое топливо сжигают в кипящем слое, который формируется из твердых частиц золы, песка или других веществ (инертных или реакционно-способных). Твердые частицы вдуваются в проходящие газы, где они завихряются, интенсивно перемешиваются и образуют принудительно равновесный поток, который в целом обладает свойствами жидкости.
Предварительной газификации подвергаются уголь и нефтяные топлива, однако на практике чаще всего применяют газификацию угля. Поскольку в энергетических установках получаемый и отходящий газы могут быть эффективно очищены, то концентрации диоксида серы и твердых частиц в их выбросах будут минимальными.
Одним из перспективных способов защиты атмосферы от химических примесей является внедрение замкнутых производственных процессов, которые сводят к минимуму выбрасываемые в атмосферу отходы, вторично используя их и потребляя, т. е. превращая их в новые продукты.

2) Классификация систем очистки воздуха и их параметры

По агрегатному состоянию загрязнители воздуха подразделяются на пыли, туманы и газопарообразные примеси. Промышленные выбросы, содержащие взвешенные твердые или жидкие частицы, представляют собой двухфазные системы. Сплошной фазой в системе являются газы, а дисперсной – твердые частицы или капельки жидкости.
и т.д.................