Машиностроение ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ

ОХРАНА АТМОСФЕРЫ ГОРОДСКИХ ПОСЕЛЕНИЙ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

Охарактеризованы источники загрязнения воздуха в городах, загрязняющие вещества и их взаимо­действие, приводящее к возникновению фотохимического смога, кислотных дождей и парникового эф­фекта в атмосфере. Рассмотрены и оценены основные мероприятия, которые могут предотвратить или уменьшить загрязнение окружающей природной среды.

Ключевые слова: атмосфера, загрязнение, газовоздушная смесь, выбросы, санитарная зона, очист­ка, сорбция.

Воздушная оболочка земли - атмо­сфера и главная её нижняя часть тропо­сфера является составной частью био­сферы и одной из самых «уязвимых» гео­сфер планеты. Перемещение воздушных потоков над землёй имеет глобальные свойства, не признает государственных границ. Поэтому загрязнение атмосферы носит интернациональный характер и яв­ляется одной из актуальных задач совре­менности.

Загрязнение атмосферного воздуха является самой серьезной экологической проблемой современного города. Оно на­носит значительный ущерб здоровью го­рожан, материально-техническим объек­там, зеленым насаждениям. Загрязнение воздушного бассейна становится реаль­ным тормозом научно-технического про­гресса в городах, действие которого бу­дет постоянно усиливаться по мере по­вышения требований к чистоте техноло­гии и росту точности промышленного оборудования.

Атмосферу загрязняют специфиче­ские вредные вещества, редко встречав­шиеся ранее в природных условиях. Это - диоксины, оксиды серы, азота, углерода, а также сероводород, аммиак, углеводо­роды и многие другие вещества. Воздух считается чистым, если ни один из мик­рокомпонентов не присутствует в кон­центрациях, способных нанести ущерб здоровью человека, животным, расти­тельности или вызвать ухудшение эсте­тического восприятия окружающей сре­ды. Так как все живое очень медленно адаптируется к этим новым микрокомпо­нентам, химические вещества служат объективным фактором неблагоприятных воздействий на природную среду и здо­ровье человека.

Разработка мероприятий по защите атмосферы от загрязнения во многом за­висит от способа и условий вывода за­грязняющих веществ в окружающее воз­душное пространство. По этому показа­телю источники загрязнения воздушного бассейна могут быть классифицированы следующим образом [3]:

- по типу системы, из которой вы­брасываются вредные вещества (техноло­гические и вентиляционные выбросы);

- по характеру распространения вредных веществ (высокие и низкие вы­бросы);

- по температуре выбрасываемой га­зовоздушной смеси (нагретые, изотерми­ческие и охлажденные);

- по режиму работы (постоянно дей­ствующие с равномерным валовым вы­бросом, периодические и залповые);

62

- по степени централизации (цен­трализованные - сосредоточенные и де­централизованные - рассредоточенные);

- по месту расположения на терри­тории города - стационарные и неста­ционарные.

Организованные выбросы (высокие, канализованные, стационарные, постоян­но действующие) поддаются очистке и контролю. Неорганизованные выбросы обычно не очищают и их контроль за­труднителен.

Высокие концентрации и миграция примесей в атмосферном воздухе стиму­лируют их взаимодействие с образовани­ем более токсичных соединений (смога, кислот) или приводят к таким явлениям, как «парниковый эффект» и разрушение озонового слоя.

Общая схема реакций образования фотохимического смога сложна и в уп­рощенном виде может быть представлена реакциями:

NO2 + hv — N0 + О, О + О2 — О3; (1) (Cm Hn + О3, Cm Hn+ О) — ПАН (пероксил-ацил-нитрат) (2)

Смог весьма токсичен, так как его составляющие обычно находятся в пре­делах: О3 - 60 - 75%, ПАН, Н2О2, альде­гиды и другие вещества - 25 - 40%.

Для образования смога в атмосфере в солнечную погоду необходимо наличие оксидов азота и углеводородов. Распре­деление фотохимического смога по вре­мени суток неравномерно с максималь­ной концентрацией в дневное время.

Источниками кислотных дождей служат газы, содержащие серу и азот. Наиболее активные из них: S02, NOx, H2S. Кислотные дожди возникают вслед­ствие неравномерного распределения этих газов в атмосфере (концентрация

S02, мкг/м3, в воздухе над городом 50 - 1000, на территории около города в радиу­се около 50 км -10 - 50, над океаном - 0,1).

Основными реакциями образования в атмосфере кислотных дождей являются:

I вариант:

S02 + ОН — ШО3;

ШО3 + ОН — H2S04 (молекулы в атмосфере быстро конден­сируются в капли);

II вариант:

S02 + hv — S02

( S02 - активированная молекула диоксида серы);

502 + О2 — S04;

S04 + О2 — S0з + О3;

503 + Н2О — H2S04.

Реакции обоих вариантов в атмосфе­ре идут одновременно.

Для сероводорода характерна реак­ция ^S + О2 — S02 + Н2О и далее I или II вариант реакции.

Из соединений азота основную долю кислотных дождей дают оксиды азота ND и NО2. В атмосфере возникают реакции:

2Ш + О2 — 2N02;

N02 + ОН — НШ3.

Наибольшую опасность кислотные осадки представляют при попадании в водоемы и почву, что приводит к умень­шению рН и повышению кислотности воды. От значения рН воды зависит рас­творимость алюминия и тяжелых метал­лов в ней и, следовательно, их накопле­ние в корнеплодах, а затем и в организме человека. При изменении рН воды меня­ется структура почвы и снижается ее плодородие.

Источниками техногенных парнико­вых газов являются: теплоэнергетика, промышленность и автотранспорт (СО2, N20); химические производства, утечки из трубопроводов, гниение мусора и от­ходов животноводства (СН4); холодиль­ное оборудование, бытовая химия (фрео - ны: CCl3F, CCl2F2 и др.); автотранспорт, ТЭС, промышленность ^О, ^О).

Парниковый эффект в атмосфере - распространенное явление и на регио­нальном уровне. Антропогенные источ­ники теплоты, сконцентрированные в промышленных центрах, создают около городов пространства радиусом 50 км и более с повышенными на 1-5 0С темпера­турами и высокими концентрациями за­грязнений. Эти зоны (купола) над города­ми носят постоянный характер и разруша­ются лишь при интенсивных движениях больших масс атмосферного воздуха.

Техногенные загрязнения атмосферы не ограничиваются приземной зоной. Оп­ределенная часть примесей поступает в озоновый слой и разрушает его. Разру­шение озонового слоя опасно для био­сферы, так как оно сопровождается зна­чительным повышением доли ультра­фиолетового излучения с длиной волны менее 290 нм, достигающего земной по­верхности. Эти излучения губительны для растительности, особенно для зерно­вых культур, представляют собой источ­ник канцерогенной опасности для чело­века, стимулируют глазные заболевания. Основными веществами, разрушающими озоновый слой, являются соединения хлора и азота. Источниками поступления соединений хлора и азота в озоновый слой могут быть вулканические газы, технологии с применением фреонов, атомные взрывы, самолеты и ракеты, со­держащие в выхлопных газах соединения азота и хлора.

Основными мероприятиями, кото­рые могут предотвратить или уменьшить загрязнение атмосферы, могут быть[3]:

- технологические,

- градостроительные,

- рассеивание выбросов,

- очистка выбросов.

Рассматриваемые мероприятия по

Своей сути могут быть активными, изме­няющими поток вредных веществ источ­ника или условия выброса (технологиче­ские, рассеяние выбросов, очистка вы­бросов), и пассивными (градостроитель­ные), не оказывающими непосредствен­ного воздействия на источник выбросов вредных веществ.