Загрязнение атмосферы и контроль ее качества

Глава 13. ЗАЩИТА АТМОСФЕРЫ

Атмосфера является тонкой и весьма чувствительной оболоч­кой Земли. В нижнем, прилегающем к земной поверхности слое атмосферы (тропосферы) по высоте от 7 до 18 км происходят основные процессы переноса воздушных масс, что приводит к изменениям ее состава, температур, давления и влажности.

При естественных условиях в атмосферном воздухе присутствуют различные газовые компоненты (CО, CО₂, NO_x, SO₂, NH₃, и др.), жидкофазные включения (H₂O, HCl, H₂SO₄ и др.), пылевые частицы минерального происхождения, споры растений, органические остатки (продукты разложения растений и животных). Их количество и состав в атмосферном воздухе нестабильны, но в естественных условиях колебания не выходят за пределы усредненного фонового содержания, т.е. не нарушаются процессы природного круговорота веществ в биосфере.

Антропогенный фактор явился мощным источником загрязне-

ния атмосферы, уже сегодня вызывающим серьезные нарушения в процессах переноса веществ и такие негативные явления, как выпадение кислотных дождей, пыльные бури, смог и др.

Загрязнение атмосферы и контроль ее качества

Источники загрязнения атмосферы проявляются практически во всех видах хозяйственной деятельности человека. Их можно разделить на группы стационарных и подвижных объектов. К первым относятся промышленные, сельскохозяйственные и другие предприятия, ко вторым –средства наземного, водного и воздушного транспорта. Среди предприятий наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят теплоэнергетические объекты (тепловые электрические станции, отопительные и производственные котельные агрегаты), металлургические, химические и нефтехимические заводы.

Из числа подвижных источников самый крупный вклад в загрязнение атмосферы (особенно приземного слоя) вносят автотранспортные средства. Однако рассматривать воздействие источников загрязнения все-таки следует исходя из мест их размещения и размеров зон влияния на окружающую среду вредных выбросов, поступающих в атмосферу. Из одних источников выбросы распределяются в приземном слое и распространяются на относительно небольшие расстояния (например, пыли при разгрузке железнодорожных вагонов с сыпучими материалами). Другие источники, загрязняющие выбросы распространяют на большие расстояния, составляющие десятки и сотни километров. Так при рассеивании в атмосфере выбросов ТЭС от дымовой трубы высотой 180 метров зона загрязнения приземного слоя достигает 30-40 км. При рассеивании выбросов из более высоких дымовых труб и воздушных подвижных источников за счет трансграничного переноса веществ газовые и тонкодисперсные твердофазные и жидкофазные загрязнители могут переноситься на тысячи километров от объектов образования.

Среди загрязняющих веществ пылевые загрязнения являются наиболее распространенными и типичными для большинства промышленных источников выбросов. Их химический состав зависит от характера того или иного производства, технологии. Абразивные свойства пыли важны при выборе и эксплуатации оборудования для ее улавливания, хранения и транспортировки.

Плотность пыли определяется для этих же целей и характеризуется тремя оценками: истинной плотностью - отношением массы пыли к фактическому объему частиц; кажущейся плотностью - отношением массы пыли к фактическому объему частиц и пор в них, насыпной плотность - отношением массы слоя частиц к объему, который он занимает (объемы пор в частицах и объемы, не занятые частицами в слое), Для выбора оборудования определяют также угол естественного откоса. Весьма важным показателем для работы газоочисток и эффективного улавливания пыли является ее смачиваемость. Она определяется измерением доли смоченного и погрузившегося на дно сосуда с водой порошка, насыпаемого на поверхность воды.

Электрические (омическое сопротивление) и магнитные свойства пылей (магнитная проницаемость) определяют как для решения задач очистки выбросов в электрических фильтрах, так и переработки уловленных частиц в устройствах магнитной сепарации.

Характер движения частиц в газовой среде, объемы слоя пыли зависят от формы и структуры частиц. Условно пылевые частицы делят на аморфные (близкие к сферическим), зернистые (осколки неправильной формы), волокнистые.

Важнейшей характеристикой пыли, определяющей выбор установок для очистки выбросов и эффективного улавливания частиц, является их дисперсный состав, т.е. распределение массовых долей частиц по их эквивалентным размерам. Для улавливания крупных частиц используют простейшие и экономичные аппараты, а мелкие частицы зачастую требуют использования не одного достаточно сложного и дорогого аппарата, а группы последовательно работающих установок. Дисперсный (или фракционный) состав определяют после выделения нескольких групп частиц, отличающихся диапазоном размеров. Например, 3 группы с размерами d, мкм: 0<d₁≤10; 10<d₂≤50; d₃>50.

С точки зрения опасных свойств пыли проводится оценка ее токсичности, экотоксичности, воспламеняемости, взрываемости и радиационных характеристик. Эти характеристики важны как для охраны и защиты здоровья людей и окружающей среды, так и для правильного выбора оборудования для очистки газов.

В процессах переноса и улавливания пылей заметную роль играют адгезионные свойства частиц, т.е. способность частиц коагулировать (слипаться), образуя более крупные агрегаты. Так, частицы сажи относятся к сильнослипающимся, а частицы кварца в газовом потоке практически не коагулируют. Адгезионные свойства определяются по величине разрывной прочности искусственно сформированного слоя пыли и оцениваются в Па.

Контроль атмосферного воздуха осуществляется с целью установления соответствия его состава и содержания компонентов требованиям охраны окружающей среды и здоровья человека. Контролю подлежат все источники образования загрязнений, поступающих в атмосферу и их рабочие зоны, а также зоны влияния этих источников на окружающую среду (воздух населенных пунктов, мест отдыха и др.).

Контроль качества атмосферного воздуха предусматривает следующие измерения:

- химического состава наиболее важных компонентов;

- химического состава осадков и снежного покрова;

- химического состава пылевых загрязнений;

- химического состава жидкофазных загрязнений;

- содержания в приземном слое отдельных компонентов газо- жидко- и твердофазных загрязнений;

- радиационного фона, температуры, давления, влажности;

- направления и скорости ветра в приземном слое и на уровне флюгера (10 м от поверхности земли).

Данные этих измерений позволяют не только оперативно оценивать состояние атмосферы, но и определять неблагоприятные метеорологические прогнозы.

Контроль состава газовых смесей и содержания в них примесей основан на сочетании качественного и количественного анализа, для чего используются газоанализаторы различных типов и автоматизированные аналитические системы.

Содержание пыли в воздухе (мг/м³) обычно определяют методом прямой фильтрации. Отобранные пробы взвешивают и по изменению массы фильтров судят о запыленности газа. Дисперсный состав пыли устанавливают рассевом пробы на специальных ситах с калиброванными отверстиями различного проходного сечения. Собранную пыль с каждого из сит взвешивают и таким образом определяют массу соответствующих фракций. Измерение размера частиц пыли производят также методами оптической и электронной микроскопии, седиментации, фотометрией и др.