Тема 7. Охрана атмосферного воздуха. Газовые выбросы и способы их очистки
Цель: формирование представлений об атмосфере, слоях атмосферного воздуха, балансе газов в атмосфере, основных источниках загрязнения, влиянии загрязнения атмосферного воздуха на здоровье человека, способах очистки газовых выбросов.
Атмосфера – газовая оболочка Земли, вращающаяся вместе с ней.
Общая масса 
т, простирается от поверхности земли до высоты 3000 км.
Слои атмосферы
1) тропосфера – приземистый слой, толщина до 20 км, температура понижается каждую 1000 м на 6ºС. Здесь 80% атмосферного воздуха и около 100% осадков.
2) тропопауза – переходный слой.
3) стратосфера – высота 20 – 50 км над земной поверхностью. Здесь 20% атмосферного воздуха, температура повышается на 1-2ºС каждую 1000 м.
4) стратопауза – переходный слой.
5) мезосфера – высота 50 – 80 км.
6) мезопауза – переходный слой.
7) ионосфера – высота 80 – 1000 км.
8) экзосфера – высота 1000 – 2000 км.
Роль атмосферы – защита живых организмов от мощного космического излучения: гамма-, ультрафиолетовые, видимые, инфракрасные излучения.
Атмосферный воздух – смесь газов, из которых состоит атмосфера Земли.
Химический состав атмосферы:
| 1) Азот – 78,08 % 2) Кислород – 20,95 % 3) Аргон – 0,93 % 4) Углекислый газ – 0,03 % 5) Неон – 1,8·10-3 % 6) Гелий – 5,2·10-4 % | 7) Метан – 2,2·10-4 % 8) Криптон – 1·10-4 % 9) Оксид азота – 1·10-4 % 10) Водород – 5·10-5 % 11) Ксенон 8·10-6 % 12) Озон – 1·10-6 % |
Баланс основных газов в атмосфере:
1) Азот – выделяется при мощных геологических процессах, при разложении органических соединений, используется при изготовлении азотистых удобрений.
2) Кислород – используется живыми организмами в процессе жизнедеятельности, выделяется растениями в процессе фотосинтеза.
3) Углекислый газ – поглощается растениями для процесса фотосинтеза, выделяется живыми организмами в процессе жизнедеятельности.
Загрязнение атмосферы:
1) Естественное – извержение вулканов, лесные пожары, процессы выветривания, пыльные бури, разложение органических веществ.
2) Искусственные – промышленные и энергетические предприятия, транспорт, системы отопления жилищ, сельское хозяйство, бытовые отходы.
Классификация искусственных источников загрязнения
- организованные – дымовые трубы и шахты вентиляционных систем;
- неорганизованные – неплотности в аппаратах и коммуникациях, склады сырья и полуфабрикатов.
По количественному и качественному составу вредных выбросов промышленные производства делят на 4 группы:
1) выбрасывающие в атмосферу условно чистые технологические и вентиляционные выбросы с низкой концентрацией вредных веществ.
2) выбрасывающие в атмосферу дурно пахнущие газы;
3) со значительным выбросом нетоксичных и инертных веществ;
4) выбрасывающие в атмосферу токсичные и канцерогенные вещества.
Способы очистки газовых выбросов:
Механическая
а) Сухая – используется инерционная, гравитационная, электростатическая, центробежная силы частиц химических продуктов, находящихся в газовых выбросах.
| « + » 1) улавливаемые продукты можно повторно использовать в производстве; 2) сокращаются расходы производства; 3) увеличивается полезный коэффициент сырья. | « – » 1) не достигается 100%; 2) аппараты громоздкие, металло- и энергоемкие; 3) аппараты сложные по конструкции. |
Виды аппаратов:
- пылевые камеры;
- аппараты типа «Циклон»;
- газовые фильтры;
- сухие электрофильтры.
б) Мокрая – основана на вымывании из газов всех механических примесей.
| « + » 1) достигается 100%-ная очистка | « – » 1) образуются шламы, нуждающиеся в дополнительной утилизации |
Виды аппаратов:
- промывные колонны;
- скоростные газопромыватели;
- промыватели ударного действия
Степень очистки зависит от:
- массы частиц;
- скорости движения газа;
- состава примесей.
2. Сорбционная:
а) Абсорбция – поглощение вредных примесей при помощи жидких поглотителей:
- селективная – поглощение при помощи поглотителя избирательного действия (вода, спирты, ацетон, бензол, нефтепродукты, масла);
- химическая – основана на химических реакциях, благодаря которым повышается степень очистки и снижается вредность выброса.
Качество работы аппаратов зависит от:
- поверхности контакта газа и жидкости;
- скорости абсорбции;
- движущей силы абсорбции.
б) Адсорбция – поглощение при помощи твердых поглотителей (активированный уголь, аллюмогель и др.). Связана с процессам десорбции. Оба процесса осуществляются в одном аппарате периодического действия или в разных аппаратах попеременно.
3. Химическая – основана на химических реакциях:
а) Каталитическая – технологичный и перспективный способ очистки. Аппараты создаются для газовых выбросов любой токсичности, т.к. они компактны и просты в эксплуатации. В качестве катализатора используются оксидные, солевые и другие вещества.
б) Термическая – осуществляется путем разрушения вредных примесей в зоне высоких температур. Используют печи или факельные горелки для сжигания органических примесей, содержащихся в газах.
Применяют в двух случаях:
- когда газовые выбросы содержат пусть немного, но чрезвычайно опасных веществ;
- когда не разработано других способов очистки.