Способы очистки газовых выбросов в атмосферу
1. Адсорбционный — вредные примеси улавливают с помощью поглотителей, в качестве которых используют активированный уголь (как в противогазе), известняк, а также поглощающие жидкости — щелочные растворы аммиака и извести. Недостатки — необходимость установки громоздкого оборудования и периодической очистки поглощающей жидкости.
2. Окислительный способ заключается в выжигании вредных горючих примесей до углекислого газа и воды; правда, здесь возникает проблема выбросов излишних объемов углекислого газа.
3. Каталитический — пропускание выбрасываемой газовой смеси через твердые катализаторы, в качестве которых чаще всего используют металлические сетки (например, из платины или ванадия) или оксиды металлов (цинка, алюминия, марганца и т.д.). Напомним, что катализаторы — это вещества, ускоряющие химические реакции, но сами в них не расходующиеся.
Иногда бывает целесообразно использовать сочетание перечисленных выше методов (например, применяют адсорбционно-окислительный метод или каталитическое окисление).
Пока речь шла об очистке промышленных газовых выбросов. Основной вклад в такое загрязнение воздуха вносят предприятия черной и цветной металлургии, химии и нефтехимии, строительной индустрии, целлюлозно-бумажной промышленности и энергетики, а также бытовые котельные.
Однако в крупных городах главным источником загрязнения воздуха является все-таки не промышленность, а автотранспорт. Сейчас на Земле постоянно функционирует около миллиарда автомобилей. Отработанные автомобильные выбросы содержат соединения свинца, кадмия, цинка, марганца, меди, хрома, кобальта, олова. Даже у совершенно здоровых людей загрязненный воздух вызывает усталость, плохой сон, кашель, головную боль. По данным медиков, в домах, стоящих рядом с крупными автомагистралями (до 10 м), жители заболевают раком в 3—4 раза чаще, чем в домах, расположенных хотя бы в 50 м от дороги. Автотранспорт также отравляет водоемы, почву и растения.
Как получить экологически чистый автомобиль? Еще более 20 лет назад возникла идея ликвидировать вредные выхлопы еще до выброса их в атмосферу, для чего на пути отработавших газов стали устанавливать каталитические нейтрализаторы, окисляющие несгоревшие углеводороды и угарный газ до углекислого газа и восстанавливающие оксиды азота до азота и кислорода. В качестве катализаторов используют благородные металлы: платину, палладий и родий. Катализатор наносят на инертную подложку из гофрированной фольги или керамики. Кроме катализаторов, выхлопные газы проходят через фильтры из пенокерамики и пенометалла.
Каталитические нейтрализаторы выпускают двух видов: окислительные и бифункциональные. Первые уменьшают выбросы оксидов углерода и углеводородов на 80—90%, в них осуществляется дожигание продуктов неполного сгорания с помощью нагнетателей, пульсаров или эжекторов. Вторые снижают количество выбрасываемых оксидов углерода, углеводородов и оксидов азота на 70—80%, в них происходит, с одной стороны, восстановление оксидов азота до азота и кислорода, с другой — окисление оксидов углерода и углеводородов до углекислого газа и воды. Чтобы эти процессы протекали эффективно и синхронно, состав горючей смеси необходимо поддерживать в очень узких пределах, для чего используют специальный датчик — зонд.
В выхлопных газах дизельных двигателей концентрация оксидов углерода и углеводородов значительно ниже, чем у двигателей с искровым зажиганием, но в больших количествах образуется сажа и оксиды азота. Поэтому на дизельных двигателях устанавливают не только окислительные нейтрализаторы, но и сажевые фильтры.
Описанные выше катализаторы и фильтры устанавливают на автомобилях иностранного производства. Разумеется, такие шаги значительно повышают стоимость машин, поэтому цена иномарок в несколько раз превышает стоимость отечественных. Но жесткие экологические требования, введенные в европейских странах, вынуждают производителей идти на эти затраты, поскольку в результате повышается эффективность сохранения чистоты атмосферного воздуха.
Однако любой катализатор не вечен: через определенное время (как правило, 7 лет) его эффективность снижается, и тогда хозяин автомобиля вынужден платить налог за загрязнение воздуха. Именно в этот момент европейский или японский владелец машины и стремится продать ее. Куда? Ну, конечно, в Россию, где присутствует автомобильный дефицит, а автовладельцы не платят налог за загрязнение! Наши отечественные машины пока не оснащают катализаторами и фильтрами, а многочисленные иномарки на наших дорогах, как правило, подержанные, выпущены 7 и более лет назад. Результатом этого является катастрофически грязный воздух в наших городах, что приводит, как мы уже говорили, к повышенному уровню заболеваемости населения.
Каковы же перспективы? Одна из ближайших и реальных — переход от бензинового топлива к газовому. Газ считается экологически более чистым видом топлива по сравнению с нефтяными фракциями, поскольку он лучше выгорает и не дает токсичных выбросов, а только углекислый газ и воду.
Другой выход — оснащение автомобилей дизельными двигателями, дающих экономию горючего в 20—30%; кроме того, в их выбросах практически отсутствует угарный газ и нет соединений свинца. Однако машины с дизельными двигателями необходимо оборудовать еще и сажевыми фильтрами.
В качестве возможного заменителя природного газа, бензина и дизельного топлива часто называют водород, получаемый из воды. При сжигании водород снова превращается в воду. Опытные образцы автомобилей дали хорошие результаты, однако об их повсеместном использовании говорить пока рано: водород очень взрывоопасен, еще не решены технические вопросы методики заправки водородного двигателя и хранения такого топлива внутри автомобиля.
Наконец, одной из реальных перспектив является электромобиль. Пока все варианты этого средства передвижения сильно проигрывают автомобилю: они дают существенно более низкие скорости, довольно тяжелы из-за массивных аккумуляторов, требуют частой подзарядки. Но эти проблемы — чисто технические и вполне решаемы в будущем.
Весьма перспективными для городов, особенно на окраинах, являются и другие транспортные средства на электрической тяге, в частности, скоростные трамваи, пересекающиеся с городскими магистралями на разных уровнях. Строительство для такого трамвая пути, протяженностью в километр, обходится примерно в 10 раз дешевле строительства аналогичного участка линии метрополитена.
В крупных городах для снижения вредного воздействия загрязненного воздуха на здоровье людей применяют специальные градостроительные принципы зональной застройки жилых массивов. Вблизи дорог располагают низкоэтажные здания торговых комплексов, затем многоэтажные жилые корпуса, а под их защитой — детские и лечебные учреждения. В последние годы в России начали строить транспортные развязки без пересечений (увы, третье автомобильное кольцо в Москве не решило транспортную проблему столицы).
Таким образом, человечество уже накопило богатый опыт борьбы с загрязнениями ОС в виде экозащитных методик. Главными задачами сегодня являются технологические — внедрение описанных методик в повседневную жизнь.
Выводы и итоги
1. Главным техническим подходом в ООС является внедрение малоотходных и безотходных технологий, когда отходы одной отрасли хозяйства становятся сырьем для другой.
2. Сточные воды следует очищать механическими, химическими, физико-химическими и биологическими методами.
3. Одним из самых эффективных способов экономии пресной воды является оборотное водоснабжение.
4. Питьевая вода проходит несколько стадий очистки и обеззараживания. Хлорирование воды может вызвать образование токсичных соединений.
5. Для очистки газовых выбросов в атмосферу используют абсорбционный, окислительный и каталитический методы.
6. В настоящее время человечество занято интенсивными поисками создания экологически чистого автомобиля.