Реферат забруднення повітря і методи її очищення - банк рефератів, творів, доповідей, курсових і
Романової Є.П. / ________ /
Величезне число шкідливих речовин знаходиться в повітрі, яким ми дихаємо.
Антропогенні забруднення ОС
Це і тверді частинки, наприклад частинки сажі, азбесту, свинцю, і зважені рідкі крапельки вуглеводнів і сірчаної кислоти, і газу, такі як оксид вуглецю, оксиди азоту, діоксид сірки. Всі ці забруднення, що знаходяться в повітрі, надають біологічний вплив на людину: утруднюється дихання, ускладнюється і може прийняти небезпечний характер протягом серцево-судинних захворювань. Під дією одних містяться в повітрі забруднювачів (наприклад, діоксиду сірки та вуглецю) піддаються корозії різні будівельні матеріали, в тому числі вапняк і метали. Крім того, може змінитися вигляд місцевості, оскільки рослини також чутливі до забруднення повітря.
Смог (від англ.smoke-дим і fog-туман), який порушує нормальний стан повітря багатьох міст, виникає в результаті реакції містяться в повітрі вуглеводнями і оксидами азоту, що знаходяться у вихлопних газах автомобілів.
Земна атмосфера поділяється на шари відповідно до їх температурою. На малюнку висота шарів вказана приблизно, оскільки вона змінюється в залежності від точки відліку.
До основних забруднювачів атмосфери, яких за даними ЮНЕП (Програма ООН з навколишнього середовища), щорічно виділяється до 25 млрд т, відносять:
-- діоксид сірки і частки пилу -200 млн т / рік;
-- Оксиди азоту (NxOy) -60 млн т / рік;
-- оксиди вуглецю (СО іСО2) -8000 млн т / рік;
-- вуглеводні (СхНу) -80 млн т / рік.
Оксиди сірки при розчиненні у воді утворюють кислотні дощі. Виділяється в атмосферу в основному в результаті роботи (ТЕС) при спалюванні бурого вугілля і мазуту, а також нафтовмісних нафтопродуктів і при отриманні багатьох металів з сірковмісних руд.
Кислотні дощі гублять рослини, закісляет грунт, збільшують кислотність озер. У Норвегії, наприклад, в 80-і роки через кислотних дощів загинуло багато риби, в цьому була і велика частка провини українських підприємств (в основному підприємства «Североникель», розташованого на Кольському півострові). Велике занепокоєння викликає вУкаіни величезний транскордонний перенос сірки з Заходу, що становить приблизно 2 млн т оксидів сірки - 10 млн сульфатів в рік? Так як повітряні маси з Заходу в нашу країну в зв'язку з розою вітрів в 7-10 разів перевищують наші повітряні маси в Європу. Це в основному країни Східної Європи і Україна, енергетика яких базується на бурому вугіллі.
Росія входить до Конвенції по SO2 і бере участь у всіх процесах, що сприяють зниженню викидів оксидів сірки в атмосферу. В основному це будівництво заводів з виробництва сірчаної кислоти за схемою: діоксид сірки - триоксид сірки - сірчана кислота. Використовуючи оксиди сірки як вторинну сировину, людство для виробництва такого необхідного йому в багатьох галузях промисловості продукту, як сірчана кислота, перестане отримувати з надр обмежені запаси сірки.
Підраховано, що в 80-і роки людству було необхідно отримувати близько 25 млн т сірчаної кислоти на рік (наприклад, для отримання синтетичних миючих засобів та інших продуктів), а викид оксидів сірки в той же час склав 15,6 млн т в рік, більше, ніж необхідно для виробництва зазначеного вище кількості сірчаної кислоти.
Навіть при середньому вмісті оксидів сірки в повітрі близько 100 мкг на кубометр, що нерідко має місце в містах, рослини набувають жовтуватий відтінок. Відзначено, що захворювання дихальних шляхів, наприклад, бронхіти, частішають при підвищенні рівня оксидів сірки в повітрі.
Розроблено велику кількість методів для уловлювання двоокису сірки з димових газів. Вельми привабливими виявилися скрубберние установки, що дають відходи у вигляді продуктів, що мають попит на ринку: один з таких скруберів виробляє сірку високої чистоти, інший - розбавлену сірчану кислоту. Последнююневигодно перевозити на великі відстані, але високочистих сірка, яка знаходить застосування при виробництві лікарських препаратів, промислових реагентів, добрив в розвинених країнах приваблює і споживачів з-за кордону.
Оксиди азоту (Nx Oy). У природі оксиди азоту утворюються при лісових пожежах. Високі концентрації оксидів азоту в містах і околицях промислових підприємств пов'язані з діяльністю людини. У значній кількості оксиди азоту виділяють ТЕС і двигуни внутрішнього згоряння. Виділяються оксиди азоту і при травленні металів азотною кислотою. Виробництва вибухових речовин і азотної кислоти - ще два джерела викидів оксидів азоту в атмосферу.
- N2O - оксид азоту 1 (звеселяючий газ), мають наркотичними властивостями, використовується при хірургічних операціях;
- NO - оксид азоту 2, діє на нервову систему людини, викликає параліч і судоми, зв'язує гемоглобін крові і викликає кисневе голодування;
- NO2 N2 O4 - оксиди азоту V (N2O4 = 2NO2), при взаємодії водою утворюють азотну кислоту 4NO2 + 2H2O + O2 = 4HNO3. Викликають ураження дихальних шляхів і набряк легенів.
Оксиди азоту беруть участь в утворенні фотохімічного смогу. До фотохімічним процесам відносяться процеси утворення пероксіацетілніратов (ПАН). При концентраціях ПАН 0,1-0,5 мг / м3 вони можуть викликати подразнення слизової оболонки очей і загибель рослин, що характерно для південних сонячних міст.
Рівні фотохімічного забруднення повітря тісно пов'язані з режимом руху автотранспорту. У період високої інтенсивності руху вранці і ввечері відзначається пік викидів в атмосферу оксидів азоту і вуглеводнів. Саме ці сполуки, вступаючи в реакцію один з одним, обумовлюють фотохімічні забруднення повітря.
Спостерігається велика кількість захворювань верхніх дихальних шляхів у населення, що піддавався впливу високих рівнів оксидів азоту, в порівнянні з групою людей, які перебували в умовах менше концентрації Nx Oy, а концентрації інших забруднювачів були такими ж.
Люди з хронічними захворюваннями дихальних шляхів (емфізема легенів, астма), а також страждають серцево-судинними захворюваннями, більш чутливості до прямих впливів оксидів азоту.
Оксид вуглецю 2 (СО). Концентрація оксиду вуглецю 2 в міському повітрі більше, ніж будь-якого іншого забруднювача. Однак оскільки цей газ не має не кольору, ні запаху, ні смаку, наші органи чуття не в змозі виявити його.
Найбільший джерело оксиду вуглецю в містах - автотранспорт. У більшості міст понад 90% СО потрапляє в повітря внаслідок неповного згоряння вуглецю в моторному паливі по реакції: 2С + О2 = 2СО. Повне згоряння дає в якості кінцевого продукту діоксид вуглецю: С + О2 = СО2.
Інше джерело оксиду вуглецю - тютюновий дим, з яким стикаються не тільки курці, а й їхнє найближче оточення. Доведено, що курці поглинаючи вдвічі більше оксиду вуглецю в порівнянні з некурящими.
Оксид вуглецю вдихається разом з повітрям або тютюновим димом і надходить у кров, де конкурує з киснем за молекули гемоглобіну. Оксид вуглецю з'єднується з молекулами гемоглобіну міцніше, ніж кисень. Чим більше оксиду вуглецю міститься в повітрі, тим більше гемоглобіну зв'язується з ним і тим менше кисню досягає клітин. З цієї причини оксид вуглецю при підвищених концентраціях є стрімко небезпечна отрута.
Типовий автомобільний двигун середини 60-х років викидав з вихлопними газами в середньому 73 г оксиду вуглецю на кожні 1,5 до пробігу. ДО 1981 р викид оксиду вуглецю новими автомобілями досяг рівня всього 3, г на 1,5 км (дані США).
СО2 (Оксид вуглецю 4) Вплив вуглекислого газу (СО2) пов'язане з його здатністю поглинати інфрачервоне випромінювання в діапазоні довжин хвиль від 700 до 1400 нм. Земля, як відомо, отримує практично всю свою енергію від Сонця в променях видимої ділянки спектру (про 400 до 700 нм), відображає у вигляді довгохвильового ІК - випромінювання.
Пил. Причини основних викидів в атмосферу- це пилові бурі, ерозія ґрунту, вулкани, морські бризки. Близько 15-20% загальної кількості пилу і аерозолів в атмосфере- справа рук людини: виробництво будматеріалів, дроблення порід в гірничодобувній промисловості,
виробництво цементу, будівництво. Наприклад, у Франції приблизно 3% обсягу виробленого цементу викидається в атмосферу (близько 100т на рік). Пил, що осів в індустріальних містах містить 20% оксидів заліза, 15% оксидів кремнію і 5% сажі. Промислова пил часто включає також оксиди різних металів і неметалів, багато з яких токсичні (оксиди марганцю, свинцю, молібдену, ванадію, сурми, телуру).
Американський еколог О.Бартон так охарактеризував проблему, пов'язану з запиленістю атмосфери: «Одне з двох: або люди зроблять так, що в повітрі стане менше диму, або дам зробить так, що на Землі стане менше людей». Пил та аерозолі не тільки ускладнюють дихання, але і призводять до кліматичних змін, оскільки відображають сонячне випромінювання і ускладнюють відвід тепла від Землі.
Інша проблема - вирубка лісів.
Близько 90% озону знаходиться в стратосфері. Довгий час вважалося, що основною причиною виснаження озонового шару є польоти космічних кораблів і надзвукових літаків, а також виверження вулканів та інші природні явища.
Руйнівна дія хлорфторвуглеродна з'єднань (ХФУ) на стратосферний озон було відкрито в 1974 р ам. Вченим - фахівцями в галузі хімії атмосфери Ш. Роуленд і М. Моліна. З тих пір не раз робилися спроби обмежити викид (ХФУ) в атмосферу, і тим не менше зараз у всьому світі щорічно виробляється близько мільйона тонн газоподібних речовин, здатних зруйнувати озоновий шар. Поступово ХФУ підіймаються у верхній шар атмосфери і руйнують озоновий шар і поступово руйнують його. Якщо збережуться сучасні темпи викиду ХФУ в атмосферу, то в найближчі 70 років кількість стратосферного озону зменшиться на 90%. При цьому дуже ймовірно, що:
-- рак шкіри візьме епідемічний характер;
-- різко скоротиться кількість планктону в океані;
-- зникнуть багато видів тварин, наприклад ракоподібні;
-- УФ - випромінювання несприятливо позначаться на сільськогосподарських культурах.
Все це порушує рівновагу у багатьох екосистемах Землі, через фотохімічного смогу погіршиться загальний стан атмосфери.
Фізико - хімічні методи очищення атмосфери від газоподібних забруднювачів.
Основний напрямок захисту повітряного басейну від забруднень шкідливими речовинами - створення нової безвідходної технології із замкнутими циклами виробництва і комплексним використанням сировини.
Багато діючі підприємства використовують технологічні процеси з відкритими циклами виробництва. В цьому випадку гази перед викидом в атмосферу піддаються очищенню за допомогою скруберів, фільтрів і т.д. Це дорога технологія, і тільки в рідкісних випадках вартість витягають із газів, що відходять речовин може покрити витрати на будівництво і експлуатацію очисних споруд.
Найбільш поширені при очищенні газів адсорбційні, абсорбційні і каталітичні методи.
Санітарна очистка промислових газів включає в себе очищення від СО2. СО, оксидів азоту, SO2, від зважених часток.
а) Абсорбція водою. Простий і дешевий спосіб, однак ефективність очищення мала, тому що максимальна поглинальна здатність води - 8 кг СО2 на 100кг води.
б) Поглинання розчинами етанол - амінів по реакції:
Як поглинач зазвичай застосовується моноетаноламін.
в) Холодний метанол є гарним поглиначем СО2 при 35С.
г) Очищення цеолітами типу Саа. Молекули СО2 дуже малі. Для вилучення СО2 з природного газу і видалення продуктів життєдіяльності (вологи і СО2) в сучасних екологічно ізольованих системах використовуються молекулярні сита типу СаО.
-- Очищення газів від СО.
а) Спалювання на платино - палладиевом каталізаторі
б) Конверсія (адсорбційний метод):
-- Очищення газів від оксидів азоту.
У хімічній промисловості очищення від оксидів азоту на 80% і більше здійснюється в основному результаті перетворень на каталізаторах.
а) Окислювальні методи засновані на реакції окислення оксидів азоту з наступним поглинанням водою і утворенням НNО3:
окислення озоном в рідкій фазі по реакції:
Окислення киснем при високій температурі:
б) Відновлювальні каталітичні методи засновані на відновленні оксидів азоту до нейтральних продуктів у присутності каталізаторів або під дією високих температур у присутності відновників.
Розкладання оксидів азоту до нейтральних сполук відбувається в потоці низькотемпературної плазми. Цей процес при більш низьких температурах у присутності каталізатора протікає в двигунах внутрішнього згоряння. Присутність восстановителей в зоні реакції (вугілля, графіту, коксу) також знижує температуру реакції відновлення. При температурі 1000С ступінь розкладу NО в реакції С + 2NО
СО2 + N2 становить 100%.
При температурі вихлопних газів автомобіля в двигуні внутрішнього згоряння можлива реакція:
в) Сорбційні методи.
Це адсорбція оксидів азоту водними розчинами лугів і вапном СаСО3 і адсорбція оксидів азоту твердими сорбентами (вугілля, торф, силикагели, цеоліти).
ТЕС потужністю 1 млн кВт при роботі на кам'яному вугіллі викидає в атмосферу 11 тис. Т SO2, на газі - 20% цієї кількості.