Загрязнение воздуха и методы ее очистки

Институт коммерции и права

(г. Москва) Тольяттинский филиал

Реферат

По дисциплине: «Экология»

На тему: «Загрязнение воздуха и методы и методы очистки»

Выполнено студентом Специальности:

«Менеджмент организации»

3 курса, заочного отделения Группы 304 М Сиденко А.Р.

Проверено преподавателем Романовой Е. П. /________/

Тольятти 2008 г.

Огромное число вредных веществ находится в воздухе, которым мы дышим.

Антропогенные загрязнения ОС

Это и твердые частицы, например частицы сажи, асбеста, свинца, и взвешенные жидкие капельки углеводородов и серной кислоты, и газа, такие как оксид углерода, оксиды азота, диоксид серы. Все эти загрязнения, находящиеся в воздухе, оказывают биологическое воздействие на человека: затрудняется дыхание, осложняется и может принять опасный характер течение сердечно-сосудистых заболеваний. Под действием одних содержащихся в воздухе загрязнителей (например, диоксида серы и углерода) подвергаются коррозии различные строительные материалы, в том числе известняк и металлы. Кроме того, может измениться облик местности, поскольку растения также чувствительны к загрязнению воздуха.

Смог (от англ. smoke-дым и fog-туман), нарушающий нормальное состояние воздуха многих городов, возникает в результате реакции содержащимися в воздухе углеводородами и оксидами азота, находящимися в выхлопных газах автомобилей.

Земная атмосфера подразделяется на слои в соответствии с их температурой. На рисунке высота слоев указана приблизительно, поскольку она меняется в зависимости от точки отсчета.

Термосфера

80 км Мезосфера

50 км Стратосфера

9−16 км Накопление озона Тропосфера К основным загрязнителям атмосферы, которых по данным ЮНЕП (Программа ООН по окружающей среде), ежегодно выделяется до 25 млрд т, относят:

— диоксид серы и частицы пыли -200 млн т/год;

— Оксиды азота (NxOy)-60 млн т/год;

— оксиды углерода (СО иСО2)-8000 млн т/год;

— углеводороды (СхНу) -80 млн т/год.

Оксиды серы при растворении в воде образуют кислотные дожди. Выделяется в атмосферу в основном в результате работы (ТЕС) при сжигании бурого угля и мазута, а также нефтесодержащих нефтепродуктов и при получении многих металлов из серосодержащих руд.

Кислотные дожди губят растения, закисляют почву, увеличивают кислотность озер. В Норвегии, например, в 80-е годы из-за кислотных дождей погибло много рыбы, в этом была и большая доля вины российских предприятий (в основном предприятия «Североникель», расположенного на Кольском полуострове). Большую озабоченность вызывает в России огромный трансграничный перенос серы с Запада, составляющий примерно 2 млн т оксидов серы — 10 млн сульфатов в год? Так как воздушные массы с Запада в нашу страну в связи с розой ветров в 7−10 раз превышают наши воздушные массы в Европу. Это в основном страны Восточной Европы и Украина, энергетика которых базируется на бурых углях.

Россия входит в Конвенцию по SO2 и участвует во всех процессах, способствующих снижению выбросов окислов серы в атмосферу. В основном это строительство заводов по производству серной кислоты по схеме: диоксид серы — триоксид серы — серная кислота. Используя оксиды серы как вторичное сырье, человечество для производства такого необходимого ему во многих отраслях промышленности продукта, как серная кислота, перестанет извлекать из недр ограниченные запасы серы.

Подсчитано, что в 80-е годы человечеству было необходимо получать около 25 млн т серной кислоты в год (например, для получения синтетических моющих средств и других продуктов), а выброс оксидов серы в то же время составил 15,6 млн т в год, больше, чем необходимо для производства указанного выше количества серной кислоты.

Даже при среднем содержании оксидов серы в воздухе порядка 100 мкг на кубометр, что нередко имеет место в городах, растения приобретают желтоватый оттенок. Отмечено, что заболевания дыхательных путей, например, бронхиты, учащаются при повышении уровня оксидов серы в воздухе.

Разработано большое число методов для улавливания двуокиси серы из отходящих дымовых газов. Весьма привлекательными оказались скрубберные установки, дающие отходы в виде продуктов, имеющих спрос на рынке: один из таких скрубберов производит серу высокой чистоты, другой — разбавленную серную кислоту. Последнююневыгодно перевозить на большие расстояния, но высокочистая сера, которая находит применение при производстве лекарственных препаратов, промышленных реагентов, удобрений в развитых странах привлекает и потребителей из-за рубежа.

В России пока удалось решить эту проблему на большей части европейской территории. В азиатской части, где трудно решить вопросы с транспортировкой серной кислоты, например, огромные массы SO2 комбината «Норильский никель», которые выбрасывают высокие (до 100 м) трубы, достигают Канады через Северный полюс. Эта проблема в разных регионах России требует срочного решения. В Москве, например, на единственном нефтеперерабатывающем заводе в Капотне с 1997 г. запрещено использовать серосодержащие нефтепродукты.

Оксиды азота (Nx Oy). В природе оксиды азота образуются при лесных пожарах. Высокие концентрации оксидов азота в городах и окрестностях промышленных предприятий связаны с деятельностью человека. В значительном количестве оксиды азота выделяют ТЭС и двигатели внутреннего сгорания. Выделяются оксиды азота и при травлении металлов азотной кислотой. Производства взрывчатых веществ и азотной кислоты — ещё два источника выбросов оксидов азота в атмосферу.

Загрязняют атмосферу:

— N2O — оксид азота 1 (веселящий газ), обладают наркотическими свойствами, используется при хирургических операциях;

— NO — оксид азота 2, действует на нервную систему человека, вызывает паралич и судороги, связывает гемоглобин крови и вызывает кислородное голодание;

— NO2 N2 O4 — оксиды азота V (N2O4 = 2NO2), при взаимодействии водой образуют азотную кислоту 4NO2+2H2O+O2 = 4HNO3. Вызывают поражение дыхательных путей и отек лёгких.

Оксиды азота принимают участие в образовании фотохимического смога. К фотохимическим процессам относятся процессы образования пероксиацетилниратов (ПАН). При концентрациях ПАН 0,1−0,5 мг/м3 они могут вызывать раздражение слизистой оболочки глаз и гибель растений, что характерно для южных солнечных городов.

Уровни фотохимического загрязнения воздуха тесно связаны с режимом движения автотранспорта. В период высокой интенсивности движения утром и вечером отмечается пик выбросов в атмосферу оксидов азота и углеводородов. Именно эти соединения, вступая в реакцию друг с другом, обусловливают фотохимическое загрязнение воздуха.

Наблюдается большое количество заболеваний верхних дыхательных путей у населения, подвергавшегося воздействию высоких уровней оксидов азота, по сравнению с группой людей, которые находились в условиях меньше концентрации Nx Oy, а концентрации других загрязнителей были такими же.

Люди с хроническими заболеваниями дыхательных путей (эмфизема лёгких, астма), а также страдающие сердечно-сосудистыми заболеваниями, более чувствительности к прямым воздействиям оксидов азота.

Оксид углерода 2 (СО). Концентрация оксида углерода 2 в городском воздухе больше, чем любого другого загрязнителя. Однако поскольку этот газ не имеет не цвета, ни запаха, ни вкуса, наши органы чувств не в состоянии обнаружить его.

Самый крупный источник оксида углерода в городах — автотранспорт. В большинстве городов свыше 90% СО попадает в воздух вследствие неполного сгорания углерода в моторном топливе по реакции: 2С+ О2 = 2СО. Полное сгорание дает в качестве конечного продукта диоксид углерода: С+О2=СО2.

Другой источник оксида углерода — табачный дым, с которым сталкиваются не только курильщики, но и их ближайшее окружение. Доказано, что курильщики поглощая вдвое больше оксида углерода по сравнению с некурящими.

Оксид углерода вдыхается вместе с воздухом или табачным дымом и поступает в кровь, где конкурирует с кислородом за молекулы гемоглобина. Оксид углерода соединяется с молекулами гемоглобина прочнее, чем кислород. Чем больше оксида углерода содержится в воздухе, тем больше гемоглобина связывается с ним и тем меньше кислорода достигает клеток. По этой причине оксид углерода при повышенных концентрациях представляет собой стремительно опасный яд.

Типичный автомобильный двигатель середины 60-х годов выбрасывал с выхлопными газами в среднем 73 г оксида углерода на каждые 1,5 к пробега. К 1981 г. выброс оксида углерода новыми автомобилями достиг уровня всего 3, г на 1,5 км (данные США).

Для достижения установленного стандарта выхлопные газы смешиваются с воздухом в присутствии катализатора. Дальнейшее окисление оставшегося оксида углерода происходит в каталитическом преобразователе (платина — палладий). Именно такая система в настоящее время повсеместно выбрана для уменьшения выбросов СО в атмосферу. В Москве, например, по решению мэрии не оформляют покупку автомобилей иностранных марок до 1985 г. выпуска, т. е. без установленных каталитических дожигателей на выхлопные газы. В США годовые выбросы оксидов углерода постепенно уменьшались начиная с 1976 г., по мере того как новые модели автомобили с каталитическими преобразователями выхлопных газов сменяли старые, менее эффективные модели; общий выброс СО автотранспортом США сократился с 64,3 млн т в 1976 г. до 47,7 млн т в 1983 г., т. е. на 25%. Одна из причин столь большого снижения связана с общей длиной пробега автомобилей, которая ежегодно возрастает из-за постоянного роста числа автомобилей на дорогах и улицах. Эффективность каталитических преобразователей со временем уменьшается и необходимо регулярно осуществлять повторные проверки выхлопных газов автомобилей на содержание СО. Борьба за качество воздуха во всех странах продолжается, поскольку пробег автомобилей непрерывно растет. Этот неограниченный рост можно было бы сократить за счет создания новых систем общественного транспорта, привлекательных для населения и способных широко развиваться, или перехода на электромобили.

СО2 (Оксид углерода 4) Влияние углекислого газа (СО2) связано с его способностью поглощать инфракрасное излучение в диапазоне длин волн от 700 до 1400 нм. Земля, как известно, получает практически всю свою энергию от Солнца в лучах видимого участка спектра (о 400 до 700 нм), отражает в виде длинноволнового ИК — излучения.

С 1850 г. содержание СО2 в атмосфере возросло с 0,027 до 0,033% в связи с техногенной деятельностью. Механизмом вывода углекислого газа из атмосферы является поглощение его в результате фотосинтеза растений, а также связывание его океанских водах по реакции: СО2+Н2О+Са2+=СаСО3+2Н+.

Пыль. Причины основных выбросов в атмосферуэто пыльные бури, эрозия почвы, вулканы, морские брызги. Около 15−20% общего количества пыли и аэрозолей в атмосфередело рук человека: производство стройматериалов, дробление пород в горнодобывающей промышленности, производство цемента, строительство. Например, во Франции приблизительно 3% объема производимого цемента выбрасывается в атмосферу (около 100 т в год). Пыль, осевшая в индустриальных городах содержит 20% оксидов железа, 15% оксидов кремния и 5% сажи. Промышленная пыль часто включает также оксиды различных металлов и неметаллов, многие из которых токсичны (оксиды марганца, свинца, молибдена, ванадия, сурьмы, теллура).

Американский эколог О. Бартон так охарактеризовал проблему, связанную с запыленностью атмосферы: «Одно из двух: либо люди сделают так, что в воздухе станет меньше дыма, либо дам сделает так, что на Земле станет меньше людей». Пыль и аэрозоли не только затрудняют дыхание, но и приводят к климатическим изменениям, поскольку отражают солнечное излучение и затрудняют отвод тепла от Земли.

Кислород (О2) Кислород на Земле создан самой жизнью. Примерно 2 млн лет назад содержание свободного кислорода в земной атмосфере начало возрастать. После того как из части атмосферного кислорода сформировался защитный озоновый слой, начали развиваться наземные растения и животные. С течением времени содержание кислорода в атмосфере значительно менялось, поскольку менялись уровни его образования и использования.

Главным продуцентом кислорода на Земле служат зеленые водоросли поверхности океана (60%) и тропические леса суши (30%). Тропические леса Амазонки называют легкими планеты Земля. Ранее в литературе высказывались опасения, что возможно уменьшение количества кислорода на Земле вследствие увеличения объема сжигаемого ископаемого топлива. Но расчеты показывают, что использование всех доступных человеку залежей угля, нефти и природного газа уменьшит содержание кислорода в воздухе не более чем на 0,15% (с 20,95 до 20,80%).

Другая проблема — вырубка лесов.

Озон (О3) Озон образуется в верхних слоях стратосферы и в нижних слоях мезосферы. Области с уменьшенным содержанием на 40−50% озона в атмосфере называют «озоновыми дырами».

Около 90% озона находится в стратосфере. Долгое время считалось, что основной причиной истощения озонового слоя являются полеты космических кораблей и сверхзвуковых самолетов, а также извержения вулканов и другие природные явления.

Разрушительное действие хлорфторуглеродных соединений (ХФУ) на стратосферный озон было открыто в 1974 г. ам. Ученным — специалистами в области химии атмосферы Ш. Роулендом и М. Молина. С тех пор не раз предпринимались попытки ограничить выброс (ХФУ) в атмосферу, и тем не менее сейчас во всем мире ежегодно производится около миллиона тонн газообразных веществ, способных разрушить озонный слой. Постепенно ХФУ поднимаются в верхний слой атмосферы и разрушают озонный слой и постепенно разрушают его. Если сохранятся современные темпы выброса ХФУ в атмосферу, то в ближайшие 70 лет количество стратосферного озона уменьшится на 90%. При этом весьма вероятно, что:

— рак кожи примет эпидемический характер;

— резко сократится количество планктона в океане;

— исчезнут многие виды животных, например ракообразные;

— УФ — излучение неблагоприятно скажутся на сельскохозяйственных культурах.

Все это нарушает равновесие во многих экосистемах Земли, из-за фотохимического смога ухудшится общее состояние атмосферы.

Физико — химические методы очистки атмосферы от газообразных загрязнителей.

Основное направление защиты воздушного бассейна от загрязнений вредными веществами — создание новой безотходной технологии с замкнутыми циклами производства и комплексным использованием сырья.

Многие действующие предприятия используют технологические процессы с открытыми циклами производства. В этом случае отходящие газы перед выбросом в атмосферу подвергаются очистке с помощью скрубберов, фильтров и т. д. Это дорогая технология, и только в редких случаях стоимость извлекаемых из отходящих газов веществ может покрыть расходы на строительство и эксплуатацию очистных сооружений.

Наиболее распространены при очистке газов адсорбционные, абсорбционные и каталитические методы.

Санитарная очистка промышленных газов включает в себя очистку от СО2, СО, оксидов азота, SO2, от взвешенных частиц.

— Очистка газов от СО2.

а) Абсорбция водой. Простой и дешевый способ, однако эффективность очистки мала, т.к. максимальная поглотительная способность воды — 8 кг СО2 на 100 кг воды.

б) Поглощение растворами этанол — аминов по реакции:

2R-NH2+CO2+H2O (R-NH3)2CO3.

В качестве поглотителя обычно применяется моноэтаноламин.

в) Холодный метанол является хорошим поглотителем СО2 при -35С.

г) Очистка цеолитами типа СаА. Молекулы СО2 очень малы. Для извлечения СО2 из природного газа и удаления продуктов жизнедеятельности (влаги и СО2) в современных экологически изолированных системах используются молекулярные сита типа СаО.

— Очистка газов от СО.

а) Дожигание на платино — палладиевом катализаторе

2СО+О22СО2.

б) Конверсия (адсорбционный метод):

СО+Н2О СО2+Н2.

— Очистка газов от оксидов азота.

В химической промышленности очистка от оксидов азота на 80% и более осуществляется в основном результате превращений на катализаторах.

а) Окислительные методы основаны на реакции окисления оксидов азота с последующим поглощением водой и образованием НNО3 :

окисление озоном в жидкой фазе по реакции:

2NO+O3+H2О2HNO3;

Окисление кислородом при высокой температуре:

2NO+O22NO2.

б) Восстановительные каталитические методы основаны на восстановлении оксидов азота до нейтральных продуктов в присутствии катализаторов или под действием высоких температур в присутствии восстановителей.

Разложение оксидов азота до нейтральных соединений происходит в потоке низкотемпературной плазмы. Этот процесс при более низких температурах в присутствии катализатора протекает в двигателях внутреннего сгорания. Присутствие восстановителей в зоне реакции (угля, графита, кокса) также понижает температуру реакции восстановления. При температуре 1000С степень разложения NО в реакции С+2NО

СО2+ N2 составляет 100%.

При температуре выхлопных газов автомобиля в двигателе внутреннего сгорания возможна реакция:

2NO+2CON2+2CO2.

в) Сорбционные методы.

Это адсорбция оксидов азота водными растворами щелочей и известью СаСО3 и адсорбция оксидов азота твердыми сорбентами (угли, торф, силикагели, цеолиты).

Очистка газов от SO2.

ТЭС мощностью 1 млн кВт при работе на каменном угле выбрасывает в атмосферу 11 тыс. т SO2, на газе — 20% этого количества.

Очистка дымовых газов электростанций обходится сейчас приблизительно в 300−400 тыс. руб. за 1 кВт в год. Снижение доли серы в нефтепродуктах на 0,5% обходится при этом в 30 тыс. руб. на 1 т. Методы улавливания SO2 требуют больших затрат, их можно разделить на аммиачные, нейтрализации и каталитические.

Эффективность очистки зависит от многих факторов: парциальных давлений SO2 и О2 в очищаемой газовой смеси; температуры отходящих газов; наличие и свойств твердых и газообразных компонентов; объема очищаемых газов; наличия и доступности хемосорбентов; потребности в продуктах утилизации SO2; требуемой степени очистки газа.

Очистка газов от взвешенных частиц, например пыли.

Можно выделить несколько методов улавливания частиц пыли:

— гравитационное оседание;

— центрифугирование;

— электростатическое оседание;

— инерционное соударение;

— прямой захват;

— диффузия.

Все процессы очистки осуществляются с помощью специальных фильтров. Скрубберов и т. д.

Институт коммерции и права

(г. Москва) Тольяттинский филиал

Реферат

По дисциплине: «Экология»

На тему: «Загрязнение воздуха и методы и методы очистки»

Выполнено студентом

Специальности:

«Менеджмент организации»

3 курса, заочного отделения

Группы 304 М

Сиденко А.Р.

Проверено преподавателем

Романовой Е.П. /________/

Тольятти

2008 г.