Экология
региональное природопользование

Природопользование

Загрязнение атмосферы и контроль за состоянием атмосферы

Основным условием существования жизни на Земле являетя чистый воздух атмоферы, необходимый для дыхания живых организмов. Человек в течение суток потребляет примерно 15 кг воздуха, 1,5 кг пищи, 2,5 л воды. Если без воды и пищи можно прожить дни и даже недели, то без воздуха — считанные минуты. Загрязнение воздуха наносит серьезный ущерб здоровью человека, природе, промышленности, сельскому и коммунальному хозяйству.

В составе атмосферного воздуха 78 % азота, 21 % кислорода, 0,03 % диоксида углерода, присутствуют озон, метан, аргон, неон, гелий. Из всех газов наибольшая роль принадлежит кислороду, являющемуся обязательным элементом круговорота веществ в биосфере. Кислород, являющийся продуктом фотосинтеза зеленых растений, за 2,5 млрд лет накопился в атмосфере в количестве 1,5 • 1015 т. Одно дерево производит за сутки 180 л кислорода. Человек потребляет в покое 360 л кислорода, при физической нагрузке 700—900 л в сутки.

Ранее в литературе высказывались опасения, что уменьшение количества кислорода вследствие увеличения сжигания ископаемого топлива. Но расчеты (Бренер, 1970) показали, 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 20,8 %). Другой проблемой связанной с кислородом, является вырубка лесов, приводящая к возникновению кислородных паразитов — стран, которые за счет чужого кислорода. Например, США своих имеет только 40 % кислорода, Швейцария — 25 %. стало массовое уничтожение лесных массивов в России.

Состав основной части тропосферы и его изменение существо зависят от антропогенного воздействия. Так, за последние десятилетия в результате деятельности человека в атмосферу поступило около 360 млрд т диоксида углерода; его общее содержание увеличилось на 13 %. При сохранении имеющихся тенденций в ближайщие 30 лет количество диоксида углерода возрастет еще на 30 %. Резко увеличилось в атмосфере содержание метана, оксидов азота й серы; стала заметной концентрация фреонов (фторхлоруглеротов) впервые синтезированных в 30е годы XX в. и получивших широкое применение лишь с конца 50х годов. Уже сейчас фреоны и другие высокомолекулярные соединения оказывают влияние на состояние озонового слоя. Общеизвестна роль СО2 в зозможности создания на Земле «парникового эффекта», обусловденноготем, что атмосфера хорошо пропускает солнечную радиацию к земной поверхности, но длинноволновое излучение Земли сильно поглощается тропосферой, что приводит к повышению температуры приземного слоя воздуха.

Рассмотрим эту проблему подробнее. Известно, что Земля получает энергию от Солнца. В результате термоядерной реакции в недрах Солнца с его поверхности излучается электромагнитная энергия. Очень малая часть солнечной энергии попадает на Землю. Часть солнечной энергии сразу отражается в космос. Остальная часть энергии поглощается Землей, и это является причиной того, что на Земле тепло по сравнению с Космосом. Но солнечная энергия поступает на Землю постоянно, и если бы не было отдачи этой энергии обратно в Космос, то температура на Земле постоянно и неограниченно возрастала. В действительности это не так, от Земли происходит отвод энергии в электромагнитного излучения; закон излучения такой же, для Солнца, мощность излучения с единицы поверхности nропорциональна четвертой степени температуры Т3 поверхности Земли.

Атмосфера Земли обладает следующим свойством: она прозрачна для видимого света и не пропускает значительную часть энергии, приходящуюся на инфракрасную область спектра. Вследствие этого часть потока радиационной энергии, излучаемой поверхностью Земли, задерживается в атмосфера превращаясь в теплоту. Температура повышается до новой равновесной температуры, более высокой, чем полученная выше. Итак, превышение средней температуры Земли над расчетным значением объясняется закономерностями процесса распространения ЛУ чистой энергии и свойством атмосферного воздуха поглоШа длинноволновое излучение. Аналогичный эффект наблюдаете парнике, поэтому повышение температуры часто называют парниковым эффектом».

Радиоуглеродный анализ льда из буровых скважин, прошедших сквозь ледниковый щит Антарктиды, показал, что он образовался примерно 35 млн лет назад и выдержал несколько потеплений климата, причем гораздо более значительных, чем ожидаемое от «парникового эффекта». Так, например, 20 млн лет назад средняя температура была на 5—6 °С выше современной (концентрация СО2 была около 0,1 %); в районе Якутска росли леса грецкого ореха. В менее отдаленном прошлом, 30—35 тыс. лет назад, когда было последнее межледниковое потепление, Сахара получала больше
осадков, чем в настоящее время и там была не пустыня, а это следует из данных археологических раскопок. Возможно потепление не угрожает жизни в странах с жарким климатом тем более ничего опасного не случится в странах умеренного климата, наоборот, потепление может создать более благоприятные условия жизни. Проблема потепления является лишь частью сложной опасности для биосферы в результате загрязнения атмосферы конкретными химическими веществами.

Реальную опасность для здоровья человека представляет выброс в атмосферу промышленной и транспортной пыли, особенно золы, которая содержит много токсичных веществ. Влияние на организм человека связано с ее дисперсностью. Мелкие части цы проникают в дыхательные пути и раздражают слизистые обо лочки. Пыль, содержащая ядовитые вещества (мышьяк, ртуть свинец), приводит к отравлениям. Например, свинцовая пыльца' меняет состав крови и костного мозга, вызывает мышечную ела. бость, поражает головной мозг, печень и почки. Ртуть, проникая в мозг, разрушает нервную систему, ослабляет умственные способ, ности, вызывает импотенцию. Асбестовая пыль способна вызвать фиброз легких. Кроме того, она усиливает вредное действие СО. Тяжелые металлы, выброшенные в атмосферу, включаются в природный круговорот. Накопление их в любой среде опасно для всего живого. Ряд из них, например мышьяк и хром, способны вызывать раковые заболевания.

Основным направлением защиты воздушного бассейна от загрязнений вредными веществами является создание новых малоотходных технологий с замкнутыми циклами производства и комплексным использованием сырья. К технологическим защитным мероприятиям также относятся: рекуперация растворителей, герметизация оборудования, сокращение неорганизованных выбросов, замена сухих процессов мокрыми, применение малодымного и малосернистого топлива, строительство высоких (до 300 м) труб для удаления зоны максимального загрязнения и снижению концентрации в приземном слое. К техническим мерам борьбы с выбросами автотранспорта относится регулировка двигателя с выбором оптимального состава горючей смеси и режима зажигания.

Критерием оценки влияния выбросов предпрятий на окружающую среду является сравнение практических концентраций примесей в атмосфере с предельно допустимыми (ПДК). Фактическая концентрация вредных веществ в воздухе не должна превышать ПДК.

Нормы ПДК являются исходной базой для проектирования и экспертизы новых машин и механизмов, технологических линий, промышленных сооружений и предприятий, а также для расчета вентиляционных, газопылеулавливающих и кондиционирующих систем, контролирующих приборов и систем сигнализации.
Основными организациями, контролирующими выбросы предприятий в атмосферный воздух, являются: санитарноэпидемиологические станции (СЭС); Минздрав России; территориальные управления Госкомитета Гидрометеорологии и контроля природной среды; Государственная инспекция по контролю за работой газоочистных и пылеулавливающих установок.

Для предотвращения загрязнения атмосферы введены нормативы на выбросы вредных веществ непосредственно из каждого источника (труба, шахта и т. д.). Стандартом установлены величины предельно допустимых выбросов (ПДВ) вредных веществ в атмосферу. ПДВ — количество вредных веществ, выбрасываемых в единицу времени (г/с), которое в сумме с выбросами из других источников загрязнения не создает приземной концентрации приМеси, превышающей значение ПДК. ПДВ — это научнотехнический норматив для конкретного источника загрязнения.

Если в воздухе населенных мест концентрация вредных веществ меньше либо равна ПДК, а величина ПДВ по объективным причинам не может быть достигнута, то в этом случае фактический выброс, превышающий ПДВ, называется временно согласованным выбросом (ВСВ).

При осуществлении контроля за состоянием воздуха как территории населенных пунктов, так и в рабчоей зоне производс а венных помещений используют качественный и количественна анализы газовых смесей. С помощью качественного анализа опп деляют присутствие в воздухе или газовых потоках отдельных компонентов, не устанавливая их содержания. При количественном анализе определяют состав газовой смеси (в процентах) или содеп жание в ней определенного компонента (компонентов). На прак тике обычно не требуется полного анализа газовой смеси, и опре. деляются лишь некоторые, наиболее важные ее составляющие.

Качественный анализ газовых смесей производится с помощью органолептического и индикационного методов, а также с использованием жидких и пористых поглотителей.

Органолептический метод основан на определении примесей, содержащихся в атмосфере или газовых выбросах, по цвету или запаху. К газам, обладающим специфическим цветом, относят фтор, хлор, диоксид азота и некоторые другие; специфическим запахом отличаются хлор, аммиак, диоксид серы, оксиды азота, сероводород, фтористые соединения, цианиды, некоторые углеводороды и другие органические соединения. Однако индикацию газов органолептическим методом нельзя считать достоверной, так как возможная ошибка зависит не только от субъективных особенностей человека, но и от того, что специфический цвет или запах могут маскироваться окраской и запахом других примесей.

Индикационный метод основан на изменении окраски индикаторной бумаги, пропитанной соответствующими реактивами, в присутствии того или иного компонента газовой смеси. Так, краеная лакмусовая бумага синеет в присутствии NH3 и остается без изменения в присутствии кислых примесей (НС1, H2S, SO2, СОг> NO, NO2), красная и синяя лакмусовые бумаги обесцвечиваются? присутствии хлора; бумага, пропитанная раствором ацетата евин ца, чернеет в присутствии H2S.

Индикация с помощью жидких или пористых поглотителей3 ключается в прокачивании воздуха через жидкость, в которой Р соответствующий реагент, или сквозь пропитанный Р гентом пористый материал (силикагель, пемза, цеолиты).

Первым условием точного определения содержания в газовой примеси какоголибо компонента являются правильный отбор проб для анализа и ее обработка.

В зависимости от состояния, в котором находится определяете вещество, выбирают метод его выделения. Для улавливания газа или пара включающую их газовую смесь обычно пропускают через поглотительные приборы, содержащие жидкость, способную поглотить определяемый газ. Для поглощения аэрозолей, как правило, используют твердые поглотители: вату, лингин.

При отборе проб необходимо заранее установить скорость прохождения воздуха через пробоотборник и число поглотительных сосудов, необходимых для улавливания подлежащих анализу примесей в виде газа, аэрозоля, пыли. В каждой точке принято отбирать не менее двух параллельных проб, причем результаты параллельных анализов не должны расходиться более чем на 10 %.
Для отбора проб газа, содержащего токсичные примеси в небольшой концентрации, используют аспираторы, в которых определенный объем газа проходит через поглотительную среду, где он растворяется или связывается химически. Постепенно определяемые примеси накапливаются в поглотителе в количествах, достаточных для аналитического определения. Скорость аспирации чеРез жидкие поглотительные среды не должна превышать 1,5—2 л/мин.

Водяной аспиратор состоит из двух сосудов, соединенных резиновой трубкой и находящихся на разной высоте. Верхний сосуд наполнен водой. Когда вода перетекает в нижний сосуд, в верхнем создается разрежение, вызывающее поток исследуемого газа через поглотительные приборы с жидким сорбентом.
Эффективность поглощения компонентов газовой смеси в значительной степени зависит от используемого поглотителя. Самой высокой поглощающей способностью обладают твердые: активированный уголь, цеолиты, силикагель. Обычно для проб газовых смесей используют силикагель, который помещают в U-образные трубки с боковыми отводами. В качестве жидких поглотителей применяют растворы кислот, солей, оснований.

Для анализа газов используют широкий ассортимент растворов, называемых газоанализаторами. Выбор метода газового анализа и соответственно газоанализатора определенного типа дикт! ется особенностями анализируемого компонента, которые отп чают его от других компонентов смеси. В практике заводских бораторий и научноисследовательских организаций использую газоанализаторы механические, тепловые, магнитные, оптиче ские, хроматографические и некоторые другие.

Действие механических газоанализаторов основано на измерении молекулярномеханических параметров анализируемой газовой смеси и их изменении при химическом или физикохимическом извлечении из смеси определяемого компонента. В зависимости от измеряемой механической характеристики различают газоанализаторы вискозиметрические, денсиметрические (плотномерные), акустические, диффузионные и объемноманометрические. Последние получили наибольшее распространение.

Анализ газовой смеси с применением объемноманометрических (ОМ) газоанализаторов основан на изменении объема газовой пробы в результате извлечения из нее определяемого компонента или суммы нескольких компонентов. Это извлечение осуществляется при постоянных температуре и давлении с помощью химической реакции, селективной по отношению к определяемому компоненту, или за счет физического воздействия на пробу, дающего тот же результат. Уменьшение объемной доли газовой смеси (в процентах) к первоначальному соответствует содержанию извлеченного компонента. ОМгазоанализаторы используют для периодических наблюдений за содержанием в атмосфере и газовых выбросах СО2, SO2, NH3, О2, Н2, гремучей смеси (2Н2 + О2) и некоторых других газов. К недостаткам ОМгазоанализаторов следует отнести длительность анализа и сравнительно невысокую точность определений.

Действие тепловых газоанализаторов основано на изменени тепловых свойств определяемого компонента при изменении его концентрации. Принцип действия тепловых газоанализаторов основан на определении теплового эффекта химической реакции величина которого пропорциональна содержанию контролируемого компонента. Этот метод применим для определения всех газов, легко вступающих в реакции, которые протекают количественно и с большим тепловым эффектом.

Анализ газовых смесей на магнитных газоанализаторах осно0 на различиях в парамагнитных свойствах газов. На практике анализаторы этого типа используются для определения О2, обладающего достаточно высоким парамагнетизмом, в воздухе, в смесй непредельных углеводородов, в промышленных газах, содержащих СО, СО2, СН4, Н2 и N2, в отходящих газах цементных печей и топочных газах.

Большую группу газоанализаторов составляют приборы, в которых используется зависимость изменения оптических свойств газовой смеси (показатель преломления, оптическая плотность, спектральное поглощение или излучение и т. п.) от содержания определяемого компонента. Наибольшее распространение среди оптических газоанализаторов получили интерферометрические приборы, действие которых основано на явлении смещения интерференционных полос за счет изменения оптической плотности газовой среды на пути одного из двух когерентных лучей.

В современной промышленности для анализа отходящих газов нашли применение газоанализаторы, принцип работы которых основан на поглощении лучистой энергии. К ним относятся инфракрасные (ИК) анализаторы, реагирующие на индивидуальный характер спектров поглощения инфракрасного излучения отдельных газов. Мерой концентрации определяемого компонента служит степень поглощения потока ИК-излучения. ИКанализаторы используют для определения СО, СО2, СН4, С2Н2 и других газообразных соединений углерода в сложных газовых смесях, в том числе в доменных колошниковых газах, отходящих газах синтеза аммиака. Пределы измерения отдельных приборов колеблются от 1 % до 100 %, средняя погрешность измерений лежит в пределах от ±2,5 до ±10 %.

Используют также приборы, в которых концентрацию компонентов определяют по поглощению колебаний в ультрафиолетовой (от 200 до 400 нм) и видимой (от 400 до 700 нм) областях. Газоанализаторы применяют для определения паров ртути в воздухе, хлора в хлоровоздушной смеси и некоторых других газо°бразных соединений. Пределы измерения отечественных УФ_газоанализаторов изменяются от 0—0,0001 мг/л до 0,002—0,06 мг/м3, а Погрешность определения колеблется от ±5 до ±10 %.

Работа фотометрических и фотоколориметрических газоанализаторов основывается на образовании специфически окрашенных проуктов при реакциях определяемых газообразных компоненте с реагентами, а интенсивность окраски продуктов служит моей концентрации реагирующих компонентов. Фотоколориметрические газоанализаторы используют для определения NO2, CS2, SO2, H2S, NH3 и др. в воздухе и технологических газовых смесях. Пределы измерения изменяются от 0—0,005 до 0—0,001 мг/д погрешность определения составляет ±10 %. Фотометрический газоанализатор УГ2 позволяет определять в газовых смесях до ц различных токсичных компонентов, в том числе, кроме упомянутых газов, пары бензина, бензола, керосина и др.

Принцип действия хроматографических газоанализаторов основан на различной способности отдельных газовых компонентов сорбироваться твердыми или жидкими сорбентами. Проба анализируемой газовой смеси вводится в поток газаносителя, непрерывно протекающий через сорбент и инертного по отношению и к определяемому газу, и к сорбенту. За счет многократной сорбции и десорбции каждый компонент пробы перемещается вдоль слоя сорбента с характерной для него скоростью и удаляется со слоя сорбента в определенной последовательности. Последовательность выхода компонентов смеси из хроматографической колонки позволяет их качественно идентифицировать, а поставленный на выходе детектор определить их количество.

<Очистка выбросов в атмосферу от примесей
Жизнедеятельность с позиций биофизики
Главная   |   Поля   |   Жизнедеятельность   |   Природопользование   |   Безопасность   |   Карта сайта
2008-2015 © p0d.ru, E-mail:info@p0d.ru