Охорона повітряного басейну. Мокрі пиловловлювачі. Скрубер Вентурі

55

Міністерство освіти і науки України

Житомирський державний агротехнічний університет

Кафедра екології

КУРСОВА РОБОТА

Охорона повітряного басейну.

Мокрі пиловловлювачі. Скрубер Вентурі

Виконала: студентка Ivкурсу

групи ЗЕО-03-2

Хоменко О.О.

Перевірив: Хоменко А.А.

Житомир 2009

Зміст

• Вступ
• • Розділ 1. Поняття, будова та основні характеристики атмосфери
  • 1.1 Поняття атмосфери
  • 1.2 Основні характеристики атмосфери
  • Розділ 2. Проблеми забруднення атмосфери
  • 2.1 Забруднення атмосфери
  • 2.2 Класифікація забруднень атмосфери
  • 2.3 Екологічний вплив забруднень атмосфери
  • 2.4 Глобальний вплив забруднень атмосфери
  • 2.4.1 Парниковий ефект
  • 2.4.2 Озонова діра в атмосфері
  • 2.4.3 Кислотні дощі
  • Розділ 3. Охорона атмосферного повітря
  • 3.1 Охорона і раціональне використання атмосфери
  • 3.2 Методи знешкодження викидів в атмосферу забруднюючих речовин
  • Розділ 4. Розрахункова частина
  • 4.1 Апарати мокрого очищення газів
  • 4.2 Розрахунок Скрубера Вентурі
  • Висновок
  • Література

Вступ

Для України в силу географічного розташування і рози західних вітрів головні її закордонні забруднювачі повітря лежать на захід від неї, вона ні експортує власні викиди насамперед у Росію. При цьому! загальний баланс все ж різко негативний. На нашій території осідає біля 80 тис. т нітрогену, що утворюється з його діоксиду (NO₂) і близько 40 тис. т з оксиду (N0). Сюди вони надходять насамперед з Польщі, Німеччини, Росії, Чехії, Білорусі, Румунії та інших західних сусідів. Приблизно така ж ситуація зі сполуками сульфуру, якої на наших землях залишається приблизно 274 тис. т щороку. Враховуючи міжнародний характер цієї проблеми, ще у 1979 р. в Женеві було підписано "Концепцію про транскордонне забруднення повітря на великі відстані". Цим документом були зафіксовані домовленості 32-х європейських держав, а також США і Канади, про розвиток співробітництва щодо проведення спільних спостережень (моніторингу) і контролю транскордонного забруднення повітря на значних відстанях та розробки сучасних методів і технологій скорочення викидів в атмосферу.

На основі згаданої Конвенції у 1985 р. Україною підписано і згодом ратифіковано "Протокол про скорочення викидів сульфуру, або їх транскордонних потоків на 30%". Пізніше були підписані та ратифіковані протоколи щодо скорочення викидів окисів нітрогену і летких органічних сполук, які негативно впливають на чистоту повітряного басейну. Виконуючи свої зобовязання, Україна вживає ряд заходів щодо реалізації програми СМЕП, яка є базовою частиною "Конвенції про транскордонне забруднення повітря на великі відстані". В результаті чого за період 1992 - 1999 рр. викиди сполук сульфуру в атмосферу зменшились у 2,3 рази, а надходження окислів нітрогену скоротилися у 1,9 рази.

Незважаючи на важкий фінансово-економічний стан у Житомирській області, як і в інших регіонах нашої країни, також здійснюються організаційно-економічні заходи щодо охорони повітряного басейну. Серед них виділяється пять основних груп заходів, які передбачають:

удосконалення технологічних процесів (включаючи перехід на інші види палива);

будівництво та введення у дію нових пило газоочисних установок і споруд;

підвищення ефективності існуючих очисних установок (включаючи їх модернізацію, реконструкцію і ремонт);

ліквідацію окремих джерел забруднення;

перепрофілювання підприємств (цехів, дільниць) на випуск іншої продукції.

За даними статистики на охорону атмосферного повітря Житомирщини лише упродовж 1995 - 2000 рр. передбачалося використати біля 4,3 млн. грн., скоротити викиди шкідливих речовин від стаціонарних джерел забруднення до 117 т на рік. Реалізація запланованих повітряохоронних заходів сприяла зменшенню кількості шкідливих викидів у повітря на 10%. Було споруджено і реконструйовано майже 40 пилогазоочисних систем. У тому числі на Бердичівському заводі "Прогрес", Коростенській механізованій дистанції вантажних робіт, ВАТ "Коростенський фарфор", ТОВ "Інтерстиль", КП "Довбишський фарфоровий завод", ДП "Іршанський державний гірничо-збагачувальний комбінат". Ряд підприємств з еколого-безпечним виробництвом газифіковано. Серед них КП "Городницький фарфоровий завод", ВАТ "Хіммаш", ВАТ "Коростенський шляхферумбетон", ВАТ "Малинський маслозавод", Пенизевицький щебзавод №6 Малайського району та інші. Завдяки цьому значно знизилися викиди діоксиду сульфуру, сажі, золи вугілля, пятиокису ванадію тощо. (Житом)

На 2000 р. було передбачено реалізувати 21 повітряохоронний захід. Завдяки цьому зменшились річні викиди забруднення в атмосферу від стаціонарних джерел на 42 т. Найбільший ефект (майже 94%) передбачалося отримати за рахунок підвищення ефективності існуючих очисних установок і споруд, включаючи їх модернізацію, реконструкцію та ремонт. Значно менше скорочення викидів в атмосферу очікувалось від удосконалення технологічних процесів, включаючи їх перехід на інші види палива, та будівництво і введення в дію нових пилогазоочисних установок.

Розділ 1. Поняття, будова та основні характеристики атмосфери

1.1 Поняття атмосфери

Атмосфера є зовнішньою газовою оболонкою Землі, що сягає від її поверхні в космічний простір приблизно на 3000 км. Історія виникнення та розвитку атмосфери досить складна й тривала, вона налічує близько 3 млрд. років. За цей період склад і властивості атмосфери неодноразово змінювалися, але протягом останніх 50 млн. років, як вважають вчені, вони стабілізувалися.

Маса сучасної атмосфери становить приблизно одну мільйонну частину маси Землі". З висотою різко зменшуються щільність і тиск атмосфери, а температура змінюється нерівномірно й складно. Зміна температури в межах атмосфери на різних висотах пояснюється неоднаковим поглинанням сонячної енергії газами. Найінтенсивніше теплові процеси відбуваються у тропосфері, причому атмосфера нагрівається знизу, від поверхні океану та суші [1, 19].

Слід зазначити, що атмосфера має дуже велике екологічне значення. Вона захищає всі живі організми Землі від згубного впливу космічних випромінювань І ударів метеоритів, регулює сезонні температурні коливання, врівноважує й вирівнює добові. Якби атмосфери не існувало, то коливання добової температури на Землі досягло б ±200 °С. Атмосфера є не лише життєдайним "буфером" між Космосом і поверхнею нашої планети, носієм тепла та вологи, через неї відбуваються також фотосинтез і обмін енергії - головні процеси біосфери. Атмосфера впливає на характер і динаміку всіх екзогенних процесів, що відбуваються в літосфері (фізичне та хімічне звітрювання, діяльність вітру, природних вод, мерзлоти, льодовиків).

Розвиток гідросфери також значною мірою залежав від атмосфери через те, що водний баланс і режим поверхневих | і підземних басейнів і акваторій формувалися під впливом режиму опадів і випаровування. Процеси гідросфери і атмосфери тісно повязані між собою.

Однією з найголовніших складових атмосфери є водяна пара, яка має велику просторово-часову мінливість і зосереджена переважно в тропосфері.

Важливою змінною складовою атмосфери є також вуглекислий газ, мінливість вмісту якого повязана з життєдіяльністю рослин, його розчинністю в морській воді та діяльністю людини (промислові й транспортні викиди).

Останнім часом дедалі більшу роль у атмосфері відіграють аерозольні пилуваті частки - продукти людської діяльності, які можна виявити не лише в тропосфері, але й на великих висотах (щоправда, в мізерних концентраціях). Фізичні процеси, що відбуваються в тропосфері, дуже впливають на кліматичні умови різних районів Землі.

1.2 Основні характеристики атмосфери

Повітряна оболонка Землі, атмосфера, є однією з найголовніших умов життя. Без їжі людина може жити місяць, без води - тиждень, без повітря не може прожити й двох хвилин. Маса атмосфери колосальна - 5,15·10¹⁵ т. Проте атмосферне повітря можна вважати невичерпним природним ресурсом лише умовно, адже людині для життя потрібне повітря певної якості. А під впливом антропогенного фактора його хімічний склад і фізичні властивості дедалі погіршуються, на Землі вже практично не залишилося таких ділянок, де повітря зберігало б свою первісну чистоту та якість.

Атмосфера, яка є нині на Землі, не завжди мала такий склад. Первісна атмосфера Землі, як свідчать геологічні відомості, кардинально відрізнялася від теперішньої. Вона була схожа на атмосфери деяких інших планет Сонячної системи, наприклад Венери, й складалася майже повністю з вуглекислого газу з домішками метану, аміаку тощо. Нинішня киснево-азотна атмосфера Землі є продуктом біосфери. Життя, що існує на нашій планеті, за мільйони років переробило первісну атмосферу.

Сучасна атмосфера складається з таких основних компонентів,%: азот (78,084), кисень (20,946), аргон (0,934) вуглекислий газ (0,027), малі домішки - водень, неон, гелій, метан, криптон тощо (в сумі близько 0,009). Крім того, в атмосфері є пари води, вміст яких коливається від 0,2 (в полярних широтах) до 3% (поблизу екватора), а також аерозолі, тобто завислі в повітрі надзвичайно дрібні тверді й рідкі частки різних речовин, вміст яких сильно змінюється.

Атмосфера Землі складається з таких шарів (знизу вгору): тропосфера (до висоти 18 км), стратосфера (до 50), мезосфера (до 80), термосфера (1 000), екзосфера (1 900), геокорона (20 000 км). Останній шар атмосфери, геокорона, поступово переходить у міжпланетний вакуум. Основна маса повітря (90%) зосереджена в нижньому шарі, тропосфері. Надзвичайно велике значення для біосфери має ще озоносфера - шар атмосфери (стратосфери), збагачений озоном. Озоновий шар міститься на висотах 20-50 км і є щитом, що захищає все живе на Землі від згубної дії жорстокого ультрафіолетового випромінювання Сонця [1, 162].

Основні складові частини атмосфери - азот, кисень і вуглекислий газ - відіграють дуже важливу роль в біосфері. За мільйони років існування біосфери склалися певні кругообіги цих газів. Так, цикл кругообігу азоту становить кілька тисяч років, а вуглекислого газу-всього чотири роки. За ці відрізки часу згадані гази зазнають перетворень, надходячи в тканини рослин і тварин, до складу різних мінералів, щоб потім знову повернутися в атмосферу.

Азот-основна складова частина атмосфери, його маса становить 3,7 · 10¹⁵ т. Азот є обовязковим компонентом білків, де його міститься 15-19%. Проте основна маса атмосферного азоту знаходиться в малоактивній молекулярній формі. Деякі організми, щоправда, навчилися звязувати в хімічні сполуки й малоактивний азот. Це азотфіксуючі бактерії, що живуть у особливих бульбочках на коренях бобових рослин. У основному ж рослини споживають сполуки азоту, переважно нітрати й сполуки амонію. Вони утворюються з окисів азоту, що виникають у атмосфері за рахунок грозових розрядів і дії ультрафіолетового випромінювання Сонця. Деяка кількість сполук азоту надходить у атмосферу також у складі вулканічних газів. Антропогенна діяльність призводить до значних змін у балансі сполук азоту. Велика кількість окисів азоту викидається в атмосферу внаслідок роботи автомобільних і авіаційних двигунів, електрозварювання тощо. Дуже багато цих сполук утворювалося під час ядерних вибухів у атмосфері. Окиси азоту дуже шкідливі, їх наявність у вихлопних газах зумовлює утворення фотохімічного смогу в містах, кислотні дощі, руйнування захисного озонового шару атмосфери тощо.

Кисень - активний окислювач, що бере участь у хімічних реакціях у біосфері, гідросфері та літосфері. Його маса в атмосфері становить 1,5 · 10¹⁵ т. Основне джерело кисню, яким ми дихаємо й яким, сподіваємося, дихатимуть наші нащадки, це фотосинтез зелених рослин. У клітинах рослин, де є активна сполука - хлорофіл, за допомогою сонячної енергії з води й вуглекислого газу виробляється органічна речовина, а побічним продуктом цієї реакції є вільний кисень, що виділяється в атмосферу. Підраховано, що близько 80% усього кисню в атмосферу постачав морський фітопланктон - мікроскопічні водорості, що живуть у верхніх шарах океану, 20% кисню виробляє наземна рослинність, переважно тропічні ліси.

Людина дуже необдумано поводиться з цим неоціненним багатством природи, яким є кисень. Лише один сучасний пасажирський реактивний літак протягом восьми годин польоту з Європи в Америку поглинає від 50 до 75 т кисню, викидаючи в атмосферу десятки тонн вуглекислого газу й різних шкідливих сполук. А все людство щорічно витрачає таку кількість кисню, якої вистачило б на дихання 50 млрд. людей! Вже сьогодні промисловість США, ФРН, Японії споживає кисню набагато більше, ніж його є на їх власних територіях, тобто живуть за рахунок інших країн. Якщо до середини XIX ст. вміст кисню в атмосфері залишався постійним, бо його утворення дорівнювало витратам, то нині така рівновага порушена за рахунок його зростаючого поглинання антропогенним фактором. Людство створило величезну кількість споживачів кисню й жодного його виробника. Дедалі частіше вчені замислюються: чи достатні резерви кисню в природі, чи надовго їх вистачить? На спалювання палива щорічно витрачається 23% кисню, що надходить у атмосферу за рахунок фотосинтезу. Якщо додати, що діяльність людини призводить до зникнення лісів, пригнічення активності морського фітопланктону, можна зробити невтішний висновок щодо майбутнього стану кисневого балансу в атмосфері. Вчені твердять, що за рахунок діяльності людини загальна кількість кисню в атмосфері щорічно зменшується на 10 млрд. т.

Вуглекислий газ - активна складова атмосфери, яка є обовязковим компонентом фотосинтезу рослин. Цей газ утворюється під час спалювання органічних речовин, гниття, виділяється з вулканічними газами. Діяльність людини (знищення лісів, розорювання цілинних земель, урбанізація, а головне, спалювання мінерального палива й забруднення океанів) призводить до збільшення кількості CO₂ в атмосфері. За останні 120 років вміст цього газу в повітрі збільшився на 17% (у середньому на 0,14% за рік). За останнє десятиріччя не зростання вже становило 0,36% за рік. Щоправда, більша частина CO₂, а саме 70%, поглинається океанами й біосферою і лише 30% залишається в атмосфері. Деякі вчені, наприклад М. Будико, прогнозують подвоєння вмісту вуглекислого газу в атмосфері до середини XXI ст., що викличе значне (приблизно на 2,5%) підвищення середньорічної температури за рахунок парникового ефекту.

Аерозолі, що містяться в атмосфері, можна поділити на чотири групи: сульфатні вулканічного й промислового походження; морські (частки морських солей); мінеральні (пил із земної поверхні); вуглеводневі (переважно сажа) промислового походження. Частки аерозолів поглинають і розсіюють тепло, що призводить до нагрівання шарів атмосфери, збагачених аерозолями, і зменшення надходження тепла до земної поверхні. В цілому запилення атмосфери зумовлює зниження температури земної поверхні. В тропосфері аерозольні частки утримуються протягом днів і тижнів, а в стратосфері, куди вони потрапляють з висхідними течіями повітря, - роками. Так, радіоактивний пил після випробувань водневих бомб у атмосфері випадав в Антарктиді лише на другий рік після вибухів.

Розділ 2. Проблеми забруднення атмосфери

2.1 Забруднення атмосфери

У результаті антропогенної діяльності відбувається забруднення атмосфери, що призводить до зміни хімічного складу атмосферного повітря. Під забрудненням атмосфери розуміють рідкі й тверді часточки та газуваті речовини, що надходять в атмосферу внаслідок побутової та промислової діяльності людей, а також фізіологічного життя людей і тварин у понаднормовій кількості. І взагалі, забрудненістю атмосфери називають несприятливі зміни стану атмосферного повітря, цілком або частково зумовлені діяльністю людини, які безпосередньо чи опосередковано впливають на розподіл енергії, що надходить, рівні радіації, фізико-хімічні властивості атмосфери та умови існування живих організмів.

Забруднення атмосфери відбувається також і природним шляхом: вулканічні гази, природний пил, спори грибів, мікроорганізми, пилок рослин тощо. Різні джерела забруднення природного та антропогенного походження наведені в табл.2.1 Щороку в атмосферу внаслідок спалювання палива та з інших джерел потрапляє до 25 млрд. т оксиду карбону (IV), понад 200 млн. т оксиду карбону (II), близько 200 млн. т оксиду сульфуру (IV), понад 50 млрд. т різних вуглеводнів. До 2050 р. вміст вуглекислого газу в атмосфері може подвоїтись порівняно з 1978 р. У 1988 р. в колишньому СРСР викиди в атмосферу від стаціонарних джерел становили 64 млн. т, а викиди транспорту досягали 37 млн. т. У багатьох містах України концентрації забруднювальних речовин у кілька разів перевищували ГДК (табл.2.2).

Основними джерелами забруднення є енергетика (теплові та електричні станції), промислові підприємства, транспорт (у першу чергу автомобільний), комунальне й сільське господарство та військово-промисловий комплекс. При цьому частка різних джерел дуже різниться. Так, у США на транспорт припадає 42%, спалювання палива в стаціонарних установках - 21, промисловість - 14, спалювання деревного палива - 8, спалювання сміття - 8, на інші джерела - 10%. Внаслідок спалювання палива утворюється 15% вуглеводнів, 60 - оксидів нітрогену, 80 - сірчистого ангідриду і 26% - пилу; від автотранспорту - 50% вуглеводнів, 15 - оксидів нітрогену, 21 - пилу і 1% - вуглекислого газу. У містах багато пилу утворюється внаслідок стирання автопокришок об поверхню покриття, а також органічних речовин і бактерій з побутових відходів та сміття.

Таблиця 2.1. 1 Види забруднень і джерела забруднення атмосфери (Франсуа Рамад, 1981)

Таблиця 2.2. 2 Викиди шкідливих речовин в атмосферу від стаціонарних джерел (за даними Держкомстату СРСР) [9, 130]

Вихлопні гази автомобільного транспорту містять у середньому 4-5% оксиду карбону (II), а також ненасичені вуглеводні й альдегіди з неприємним запахом, сірковмісні сполуки та сполуки плюмбуму в разі застосування етильованого бензину. До їх складу входять також канцерогенні сполуки. Легковий автомобіль під час руху викидає до 3 м³ за годину оксиду карбону (II) СО, а вантажний - 6м³ і більше. Щороку понад 200 млн. автомобілів викидають в атмосферу близько 200 млн. т оксиду карбону (II), 40 млн. т вуглеводнів,20 млн. т оксидів нітрогену та значну кількість свинцю.

Значною мірою забруднюють атмосферу літаки. Так, викиди чотиримоторного реактивного літака на злеті з повним навантаженням еквівалентні вихлопу 6850 автомобілів марки "фольксваген". У цих вихлопах міститься багато бензопірену. В портових містах джерелом забруднення є суднові дизельні двигуни, які споживають до 2 т палива за годину.

Одним із головних забрудників повітря є спалювання палива в теплоенергетиці. Під час спалювання 1 т вугілля в трубу викидається до 23 кг попелу, 15 кг оксиду сульфуру (IV) і значна кількість сажі. Теплові електростанції світу щороку викидають 120 млн. т попелу і приблизно 60 млн. т оксиду сульфуру SO₂.

Кожне з наведених джерел повязане з викидами специфічних домішок, склад яких не завжди піддається ідентифікації. Найпоширенішими забрудниками, що надходять з промисловими викидами, є попіл, сажа, оксид цинку, силікати, хлорид плюмбуму, сірчистий і сірчаний ангідриди, гідрогенсульфід, меркаптани, альдегіди, вуглеводні, смоли, оксиди нітрогену, аміак, озон, оксиди карбону, фторид і хлорид гідрогену, силікофторид натрію, радіоактивні гази та аерозолі.

Теплові електростанції викидають в атмосферу гази, що містять азот, кисень, оксиди сульфуру і нітрогену, оксиди карбону й металів, попіл та радіонукліди. Підприємства чорної металургії викидають гази, що містять пил і оксиди карбону, сульфуру, нітрогену та металів. На 1 т виплавленого чавуну припадає 4,5 кг пилу; 2,7 кг SO₂; 0,1-0,5 кг мангану, а також сполуки арсену, фосфору, стибію, плюмбуму, меркурію, рідкісних металів та смолистих речовин.

Агломераційні фабрики викидають гази з великим вмістом пилу та оксиду сульфуру (IV) (до 190 кг SO₂ на 1 т руди). Мартенівські і конверторні цехи викидають гази з великою кількістю пилу. На 1 т мартенівської сталі викидається 3000-4000 м³ газів з пиловмістом 0,5 г/м³, 60 кг СО і 3 кг SO₂. Коксохімічні виробництва забруднюють атмосферу пилом і леткими сполуками.

Підприємства кольорові" металургії викидають запилені гази, що містять флуориди, оксид сульфуру (IV) та оксиди кольорових і важких металів. З 1 т пилу, що викидається в атмосферу під час виплавляння мідних руд, можна вилучити до 100 кг міді й трохи менше свинцю та цинку. Хімічні виробництва забруднюють атмосферу пилом, що містить органічні та неорганічні сполуки, а також різними газами. Найхарактерніші газові викиди деяких хімічних виробництв наведені в табл.2.3.

Таблиця 2.3 Викиди в атмосферу деяких хімічних виробництв (за даними І. Є. Кузнєцова і Т.М. Троїцького)

Заводи промисловості будівельних матеріалів викидають пил, фториди, оксиди сульфуру (IV) та нітрогену (IV). У викидах нафтодобувної та нафтопереробної промисловості містяться різні вуглеводні, гідрогенсульфід і гази з неприємним запахом (стирол, дивініл, толуол, ацетон, ізопрен та ін.).

Під впливом атмосферних опадів, сонячної радіації, перенесення повітряних мас, взаємодії з гідросферою й літосферою та діяльності мікроорганізмів атмосферне повітря позбавляється від сторонніх домішок. Цей процес називають самоочищенням атмосфери. Проте в результаті антропогенної діяльності утворюється така велика кількість забруднень, що атмосфера вже не здатна самоочищатися і відбувається значне накопичення забруднювальних речовин у повітрі.

За останні десятиріччя масштаби техногенних викидів в атмосферу істотно зросли і за розмірами наближаються до їх природних надходжень або за деякими інгредієнтами перевищують їх. В атмосферу викидається все більше ксенобіотиків, від яких вона не встигає очищатися.

2.2 Класифікація забруднень атмосфери

За агрегатним станом забруднювальні речовини поділяють на газуваті, рідкі, тверді та змішані. Промислові викиди в атмосферу також поділяють:

за організацією відведення й контролю - на організовані і неорганізовані;

за температурою викидних газів - нагріті, температура яких вища від температури атмосферного повітря, та холодні;

за локалізацією - в основному, допоміжному та підсобному виробництвах;

за ознаками очищення - викиди без очищення (організовані і неорганізовані) та після очищення (організовані). Під очищенням газу розуміють відокремлення від газового потоку або переведення в нешкідливий стан забруднювальних речовин [9, 134].

Організований промисловий викид - це викид, який надходить в атмосферу через спеціально споруджені газоходи. Неорганізованим називають промисловий викид, що надходить в атмосферу у вигляді неспрямованих потоків газу внаслідок порушення герметичності обладнання, відсутності або незадовільної роботи обладнання для відсмоктування газу в місцях завантаження, вивантаження та зберігання продукту, а також через повітряні ліхтарі цехових приміщень.

Промислові викиди в атмосферу поділяють на первинні й вторинні. Первинні - це викиди, що надходять в атмосферу безпосередньо від джерела, вторинні є продуктами первинних, але можуть бути токсичнішими й небезпечнішими, ніж первинні (наприклад, перетворення деяких речовин у результаті фотохімічного окислення). Всі існуючі джерела забруднення атмосферного повітря можна розподілити на природні та штучні, або антропогенні.

Космічний пил утворюється під час згоряння метеоритів. Природний пил є постійною складовою частиною земної атмосфери. Він складається з дрібних завислих у повітрі часточок розміром 10^-2...10^-3 см, які мають органічне або неорганічне походження. Пил утворюється під час вивітрювання гірських порід і Ґрунту, виверження вулканів, пожеж у лісах, степах і торфовищах, випаровування з поверхні морів та океанів, а також аеропланктоном, бактеріями, спорами рослин, цвільовими та іншими грибами, продуктами гниття, бродіння й розкладання тварин і рослин.

Атмосферний пил сприяє конденсації водяної пари і, таким чином, утворенню осадів, поглинає пряму сонячну радіацію і захищає організми від сонячного опромінення. Біологічне розкладання, що включає життєдіяльність ґрунтових бактерій, сприяє утворенню гідрогенсульфіду, аміаку, вуглеводнів, оксидів нітрогену й карбону.

Усі джерела забруднення атмосферного повітря промисловими викидами можна класифікувати за такими ознаками:

за призначенням: технологічні, що складаються з хвостових газів після вловлювання на установках, продування апаратів та повітряних витяжок; вентиляційні викиди - місцеві відсмоктування від обладнання та загальнообмінна витяжка;

за місцем розташування: незатінені, або високі, що знаходяться в зоні недеформованого вітрового потоку (високі труби і точкові джерела, що видаляють забруднення на висоту, більшу від висоти будівлі в 2,5 раза); затінені, або низькі, розташовані на висоті, меншій у 2,5 раза від висоти будівлі; наземні, розміщені близько до земної поверхні (відкрито розташоване обладнання, каналізаційні колодязі, пролиті токсичні речовини і скиди відходів виробництва);

за геометричною формою: точкові (труби, шахти, дахові вентилятори), лінійні (аераційні ліхтарі, відкриті вікна, близько розташовані витяжні шахти й факели);

за режимом роботи: безперервні і періодичної дії, залпові та миттєві. Залпові викиди можливі під час аварій, спалювання швидкогорючих відходів виробництва на спеціальних площадках знищення. Миттєві викиди забруднення викидаються впродовж часток секунди інколи на значну висоту. Вони трапляються під час підривних робіт і аварій;

за місцем розташування: внутрішньоплощеві, коли викинуті в атмосферне повітря забруднення залишаються у високій концентрації на території промислової зони, тоді як у житлових районах забруднень не спостерігається; позаплощеві, коли вони можуть спричинювати значні забруднення повітря на території житлового району.

Рис. 2.1. Класифікація забруднень атмосферного повітря (за Г.В. Стадницьким і А.І. Радіоновим) [9, 135]

2.3 Екологічний вплив забруднень атмосфери

Атмосферне повітря є одним з основних природних ресурсів, без якого людина може прожити лише кілька хвилин, тоді як без їжі - до 70 діб. В організмі людини немає органів, які б забезпечували запас кисню хоч на невеликий проміжок часу, тому її організм змушений постійно і безперервно споживати свіже повітря для підтримання процесів життєдіяльності. Зміна хімічних і фізичних властивостей повітря може порушувати гомеостаз її організму, спричинюючи небажані негативні відхилення в здоровї.

Гігієнічне значення атмосфери полягає в забезпеченні процесів життєдіяльності киснем. У людини немає захисних механізмів, які б компенсували нестачу повітря, тому вона повинна постійно споживати в спокійному стані 8-10 л за одну хвилину, 500 л за годину і 12 000 л (15 кг) за добу свіжого повітря. При фізичних навантаженнях споживання повітря збільшується в десятки разів. Якщо в стані спокою людина за годину споживає 500 л кисню, то під час ходьби зі швидкістю 8 км/год. - 5200 л (5 кг). Організм людини адаптувався до чистого повітря, тому він завжди потребує його в чистому вигляді зі сталими властивостями: хімічним складом, температурою, тиском, електричним станом, швидкістю руху та іонізацією.

Ступінь дисперсності твердих часточок, що містяться в повітрі, впливає як на їхні властивості (леткість, розчинність, електричні та оптичні властивості тощо), так і на глибину їх проникнення в органи дихання та затримку в легенях. Якщо розмір часточок становить більш як 10 мкм, вони осідають з наростаючою швидкістю зі збільшенням їх розмірів. Якщо їх розміри знаходяться в межах 0,1_10 мкм, то вони осідають зі сталою швидкістю. Часточки пилу розміром менш як 0,1 мкм зовсім не осідають і перебувають у постійному броунівському русі.

При надходженні до легенів часточки пилу затримуються на поверхні легеневої тканини, що спричинює їх накопичення, створюючи високу концентрацію токсичних речовин. Маючи велику активну поверхню, самі часточки не тільки мають негативний вплив, а й адсорбують на своїй поверхні велику кількість різних речовин (газів, золів тощо), що також спричинює накопичення токсинів та їх негативну дію на організм. Особливо це небезпечно в разі накопичення радіоактивних і канцерогенних речовин та важких металів. Налічується до 400 канцерогенних речовин, серед яких найбільш активними і дуже небезпечними є бензопірен, дибензантрацен, діоксини та ін.

Радіоміметичні речовини так само, як і іонізуюче випромінювання, пригнічують поділ клітин, викликають злоякісні переродження і мутації. До них належать сполуки, що містять хлоретилову групу (іприт), метилтіооксигрупу, епоксидну та етиленімідну групи. Характерною особливістю цих речовин є здатність звязуватися з білками. В організм вони потрапляють у вигляді золів (туманів) або сорбуючись на аеродисперсіях.

Аеродисперсії змінюють клімат, особливо освітленість. Вплив аеродисперсій визначається їх кількістю, дисперсністю, хімічним складом та іншими фізико-хімічними властивостями. Чим менші розміри часточок, тим слабкіше вони затримуються. В альвеолах легенів найкраще затримуються часточки розміром близько 1 мкм. Гігроскопічні часточки здатні коагулювати і збільшувати свої розміри. Поглиблене дихання, наприклад, під час значних фізичних навантажень, збільшує ступінь затримання пилу в легенях. Часточки неправильної форми осідають повільніше. Легше сорбуються в легенях часточки сферичної форми. Часточки з гострими гранями можуть спричинювати мікротравми дихального епітелію, порушувати його барєрну функцію, сприяти проникненню мікроорганізмів та розвитку пневмоконіозів.

Більшість твердих часточок несуть на собі негативний або позитивний заряд, що посилює їх здатність затримуватися в легенях. Від хімічних властивостей пилу залежить їхня біологічна активність, зокрема алергенні властивості, фіброгенність, подразнювальна дія тощо. До особливо агресивних фіброгенних речовин належить оксид силіцію (IV), здатний викликати фіброз легенів. На поверхні дихальних шляхів оксид силіцію (IV) утворює силікатну кислоту, яка спричинює силікоз. Шкідливим є пил з кислотними або лужними властивостями, оскільки він зумовлює зміну рН і порушує роботу епітелію. Пил з алергенними властивостями (пил борошна, соломи, льону, бавовни, шовку, шерсті, фруктів, хрому) призводить до появи бронхіальної астми.

Якщо часточки пилу сорбували гази, то вони погано змочуються і слабко коагулюють. Пил може сорбувати також отруйні гази і за певних умов їх десорбувати, спричинюючи отруєння. У разі сорбції пилом кисню він стає легкозаймистим і може викликати вибух. Вибухонебезпечність пилу залежить від його концентрації, дисперсності, вологості, наявності летких сполук тощо. Найнебезпечнішим є органічний пил.

Пил може спричинювати захворювання на туберкульоз, сибірку (легенева форма) у робітників, що займаються заготівлею шерсті. Зерновий пил містить спори різних грибів, у тому числі збудників актиномікозу. Якщо атмосфера забруднена пилом, легені незадовільно вентилюються і стають сприйнятливими до різних легеневих захворювань. Пил може призводити до атрофії та ерозії слизової оболонки носа й носоглотки, катару бронхів, трахеї, загострення туберкульозу легенів, нападів бронхіальної астми. Пил може сорбувати й нести на собі канцерогенні, мутагенні, токсичні та радіоміметичні речовини.

Забруднення атмосферного повітря призводить до погіршення санітарно-гігієнічних показників: збільшується частота туманів, зменшується видимість і прозорість для ультрафіолетового випромінювання, погіршуються санітарно-побутові умови життя населення, спостерігається негативний вплив на розвиток рослин та організм людини. Тумани збільшують охолоджуваність тіла, гнітюче впливають на настрій та самопочуття людей. Збільшення кількості пилу в атмосфері зменшує її прозорість і видимість. Пил і сажа проникають у помешкання, забруднюючи їх. Це призводить до того, що мешканці менше провітрюють свої помешкання, а отже, менше споживають свіжого повітря. Забруднення споруд і будинків попелом, сажею та смолами призводить до того, що сірчисті сполуки руйнують будівельні матеріали і зумовлюють корозію металів [9, 138].

Забруднення атмосфери вражають фруктові дерева, ліси, сільськогосподарські культури та травяний покрив. Для рослин особливо небезпечними є сірчистий газ, хлор, фтор, пил і смолисті речовини. Отруйні гази токсично діють на протоплазму рослинних клітин, сірчистий газ пригнічує процеси фотосинтезу. Пил і сажа закупорюють продихи клітин рослин, ускладнюють доступ сонячних променів до хлоропластів. У лісах, які задимлюються промисловими підприємствами, зникають бджоли, птахи та звірі.

2.4 Глобальний вплив забруднень атмосфери

2.4.1 Парниковий ефект

Клімат на нашій планеті в минулому періодично змінювався. За тисячі й мільйони років чергувалися періоди значного похолодання й навіть зледеніння та теплі епохи Нині ж учені дуже занепокоєні: схоже на те, що Земля розігрівається значно швидше, ніж це було будь-коли в минулому. Це спричинено швидким збільшенням вмісту в атмосфері вуглекислого газу В земній атмосфері вуглекислий газ діє як скло в парнику: пропускає сонячне світло, але затримує тепло розігрітої Сонцем поверхні Землі Це викликає розігрівання планети, відоме під назвою парникового ефекту. "Мені здається, - пише У Болдерс, президент Національного центру вивчення атмосфери (США), - що зупинити це явище ніяк не можна. Парниковий ефект може бути трохи більшим чи трохи меншим, але він неминучий". Інші вчені-кліматологи настроєні не так категорично. Справа в тому, що клімат Землі залежить від багатьох факторів - одні зумовлюють потепління, інші - похолодання, а які переважають, сказати з певністю не можна Крива природних коливань клімату нині прямує донизу, тобто до похолодання, що перевищує тенденцію до збільшення температури за рахунок парникового ефекту (рис 2.1). Проте найближчим часом результат взаємовпливу цих факторів має зміститися в бік зростання температури.

Рис. 2. 2. Збільшення температури атмосфери Землі за рахунок СО₂ (а), СН₄ (б), NaO (в), фреонів (г) і в цілому (д): пунктирна лінія в правій частині кожного графіка вказує на підвищення температури й кількості парникових газів у тому разі, коли антропогенний тиск на довкілля зростатиме тими ж темпами, що й нині, штрих-пунктирна - на збільшення температури за умови запровадження найсуворіших екологічних обмежень [1, 165]

Останнім часом тривога вчених з приводу парникового ефекту зросла Виявилося то крім СО₂ парниковий ефект викликають деякі інші гази, які називають малими домішками. Моделювання на ЕОМ, проведене І. Каролем, свідчить, що подвоєння в атмосфері вмісту закису азоту (NaO) підвищило б температуру на 0,7 °С, метану (СН₄) - на 0,4, водяної пари (Н₂О) - на 0,3, фторхлорметанів, або фреонів - на 0,8 °С.

У чому ж небезпека парникового ефекту? Як свідчать розрахунки вчених, підвищення середньої річної температури Землі на 2,5 °С викличе значні зміни на Землі, більшість яких для людей буде мати негативні наслідки. Парниковий ефект змінить такі критично важливі перемінні величини, як опади, вітер, шар хмар, океанські течії, а також розміри полярних крижаних шапок. Внутрішні райони континентів стануть більш, сухими, а узбережжя вологішими, зими - коротшими й теплішими, а літо - тривалішим і жаркішим. Основні кліматичні зони змістяться на північ (у північній півкулі) приблизно на 400 км. Це викличе потепління в зоні тундри, танення шару вічної мерзлоти у високих широтах. З одного боку, покращаться умови судноплавства в полярних морях, які значною мірою звільняться від криги, з іншого-значно зросте кількість небезпечних для судноплавства айсбергів, особливо в Атлантичному й Індійському океанах, тобто на найбільш напружених судноплавних трасах (табл.2.4).

Таблиця 2.4. Можливі кліматичні зміни, спричинені парниковим ефектом (Хьютон, 1991) [1, 166]

Найбільш неприємними для людства є два наслідки парникового ефекту. Перший - значне збільшення посушливості в середніх широтах, тобто в основних зернових районах (Україна, чорноземна зона Росії, Кубань, "зернові" штати США). Клімат тут стане напівпустельним, і врожаї зерна різко скоротяться. Другий - це підйом рівня Світового океану на 2-3 м за рахунок танення полярних льодових шапок. Це викличе затоплення багатьох прибережних ділянок, де живуть мільйони людей, міст, портів тощо. Наприклад, така густонаселена (150 млн. чоловік) держава, як Бангладеш, майже повністю буде затоплена, піде під воду Венеція тощо.

Моделлю "парникового ефекту" є клімат на Венері. Її щільна атмосфера, що на 98% складається з вуглекислого газу, за рахунок цьог о явища розжарена до 500° С (за такої температури залізо стає червоним).

Кліматичні зміни можуть відбуватися не лише завдяки впливу людства на склад атмосфери, а й внаслідок зміни ним типу поверхні Землі. Заміна лісів культурними плантаціями призводить до зниження випаровування й збільшення прямої тепловіддачі. Зменшується жорсткість поверхні, що впливає на циркуляцію шарів атмосфери.

Крім того, людство ще й безпосередньо підігріває атмосферу Землі за рахунок спалювання великої кількості нафти, вугілля, торфу тощо, а також роботи АЕС. Промисловість світу нині виділяє в атмосферу понад 3-10¹⁴ МДж тепла щорічно. Ця кількість поки що становить лише 0,01% енергії Сонця,. що досягає атмосфери Землі. Проте в деяких промислових районах концентрація теплової енергії за рахунок промисловості збільшилася вже в сотні разів. Зявилися теплі ореоли над містами й промисловими центрами, де теплові аномалії вже на кілька градусів перевищують норму. Такі теплі плями добре помітні з Космосу під час теплової зйомки.

Швидко зростаюче населення африканських і латиноамериканських країн дуже активно вирубує тропічні ліси. За підрахунками експертів ООН, у найближчі 20 років буде знищено 12-15 млн. км² цих лісів, тобто більше половини їх площі. Крім зменшення кількості кисню, що надходить у атмосферу з цього джерела, відбудеться глобальне охолодження атмосфери. Підраховано, що за всю історію людства винищення лісів вже охолодило поверхню Землі майже на 1 °С.

Таким чином, види діяльності людини, що спричинюють кліматичні зміни, мають різні наслідки. Одні з них підвищують температуру (викиди в атмосферу СО₂ й інших "парникових" газів), інші знижують її й викликають антипарниковий ефект (зведення лісів, запорошення повітря сажею й пилом тощо). Для точного прогнозування майбутніх змін потрібен добре налагоджений моніторинг. Як вважає вчений М. Келлі, переможцями у разі глобальних змін клімату будуть ті, хто думає й планує заздалегідь, а втрат зазнають люди, які реагують лише тоді, коли криза вже наступила.

2.4.2 Озонова діра в атмосфері

Життя на Землі залежить від енергії Сонця. Ця енергія надходить у вигляді різних випромінювань. Серед них переважають промені видимого світла, а також довгохвильові (інфрачервоні, або теплові) й короткохвильові (ультрафіолетові). Ультрафіолетове (УФ) випромінювання має найбільшу енергію, є фізіологічне активним - діє на живу матерію. Ці промені залежно від довжини хвилі (чим вона менша, тим вища енергія хвилі) можуть викликати фізіологічні зміни в організмах, призводити до розриву молекул білків, мутацій, переважно несприятливих. Увесь потік УФ променів Сонця, що доходить до земної атмосфери, умовно поділяють на три види: УФ-А (довжина хвилі 400-315 нм); УФ-В (315-280); УФ-С (менше 280 нм). Надзвичайно шкідливими для життя, навіть смертельними, є УФ-В і особливо УФ-С. Що ж захищає нас і всю біосферу від згубної дії короткохвильового ультрафіолетового випромінювання Сонця? Це - озоновий шар атмосфери.

На висоті 20-50 км, як вже згадувалося, повітря містить підвищену кількість озону, тобто кисню, молекула якого складається з трьох атомів (О₃). Цей газ добре відомий вченим. Деяка кількість його утворюється, наприклад, під час грози. Він є дуже сильним окисником, на чому й засноване його застосування в техніці {наприклад, для знезараження води). Як же озон утворюється в стратосфері? Виявляється, за рахунок молекул звичайного, двоатомного кисню СО₂, що поглинає жорстке високоенергетичне випромінювання УФ-В і УФ-С. Енергія цих променів витрачається на фотохімічну реакцію утворення озону з кисню. В результаті УФ-В і УФ-С до поверхні Землі не доходять, озоновий шар для них такий же непрозорий, як, скажімо, чорний папір. Цікаво, що озону в цьому шарі міститься дуже мало, на рівні моря він утворив би шар товщиною 2-3 мм. Незважаючи на малу густину, озоновий щит надійно захищає все живе від дії УФ_променів.

До поверхні Землі доходять довгохвильові УФ-промені діапазону УФ-А. Від їх негативної дії наш організм вміє захищатися, синтезуючи в шкірі шар темної речовини - меланіну (засмага). Проте тривале перебування на сонці, коли в шкірі ще немає меланіну, викликає її почервоніння, запалення, головний біль тощо.

Озоновий шар містився у атмосфері не завжди. Протягом, тривалого часу ранньої історії Землі, коли в складі Її атмосфери не було кисню, не утворювався й озон. Ультрафіолетові промені вільно досягали поверхні Землі й стерилізували її краще, ніж нині це роблять УФ-випромінювачі в хірургічних клініках. І лише тоді, коли в повітрі зявилася якась мінімальна кількість кисню (принаймні 10% його вмісту на сьогодні), життя змогло піднятися з глибини океану до його поверхні, а згодом й вийти на суходіл.

Останнім часом вчені надзвичайно занепокоєні, бо спостереження метеорологів, які працюють у Антарктиді, свідчать, що озоновий шар над цим материком почав зменшуватися. В ньому виникла пульсуюча діра, вміст озону в якій менший від звичайного на 40-50%. Ця діра. зявляється антарктичною весною (з серпня по жовтень), а антарктичного літа зменшує свою площу. Проте існує тенденція до збільшення її площі з року в рік. Нині вона не затягується влітку, а її площа перевищує площу материка Антарктиди. Встановлено підвищення УФ-фону в країнах, розташованих у Південній півкулі ближче до Антарктиди, перш за все у Новій Зеландії. Медики цієї країни констатують збільшення захворювань, зумовлених, підвищеним УФ-фоном, таких, як рак шкіри й катаракта очей.

Тривожні повідомлення надходять з Північної півкулі: й тут виявлено озонову діру (над Шпіцбергеном), щоправда, менших розмірів, ніж над Антарктидою. Зниження вмісту озону в атмосфері загрожує зменшенням врожаїв сільськогосподарських рослин, захворюваннями тварин і людей, збільшенням шкідливих мутацій тощо, а якщо озон зникне зовсім, буде знищено все живе на нашій планеті.

Наскільки ж великою є така небезпека і чим спричинена поява й збільшення дір у озоновому шарі? На думку, вчених, серйозна загроза зникнення озонового шару спричинить до тяжких наслідків. Щодо причин появи озонових дір єдиної думки немає. Встановлено, що руйнуванню озонового шару сприяють деякі хімічні речовини, які вступають у реакцію з озоном і розкладають його на кисень. У результаті на Землю надходить більше УФ-променів. Такі звязуючі озон речовини є в природі (наприклад, окиси азоту), проте в дедалі зростаючих кількостях вони викидаються в атмосферу за рахунок діяльності людей. Мова йде, перш за все, про хлорфторметани (фреони й галони), такі як СFС₃ (фреон 11), СF₂Сl₂ (фреон-12), СF₂СlВr (галон 1211) тощо. Вони широко використовуються в промисловості (як холодоагенти в рефрижераторах і для очищення мікросхем) та побуті (аерозольна упаковка балончиків для фарби, лаку, парфумів). У 1980 р. країни Північної, Америки та Західної Європи випустили аж 5 млрд. таких балончиків. Усього ж в світі щорічно виробляється кілька мільйонів тонн фреонів.

Для людини фреони та їх пари не шкідливі, проте вони надзвичайно стійкі - в атмосфері можуть зберігатися до 80 років. Пари фреонів, врешті-решт, з висхідними течіями повітря потрапляють у стратосферу. Під впливом УФ_випромінювання Сонця їх молекули розпадаються, вивільняючи атоми хлору. Ця речовина діє як дуже сильний каталізатор, розкладаючи молекули озону до кисню. Один атом хлору здатний розкласти 100 тис молекул озону.

Під загрозою зникнення озонового шару керівники багатьох країн вирішили вжити енергійних заходів. У 1985 p. у Відні урядами більшості країн світу було підписано конвенцію, а в 1985 р. в Монреалі протокол по охороні атмосферного озону. Учасники конвенції взяли на себе зобовязання до 2000 року зменшити на 50% споживання фреонів, а потім і зовсім відмовитися від них, замінивши їх безпечними сполуками.

До чого може призвести зникнення озонового шару свідчать досліди, проведені в 70-х роках американськими військовими, які розробляли озонову зброю. Як повідомляла американська преса, над одним з ненаселених тихоокеанських атолів було запущено ракету, яка розпорошила в озоновому шарі спеціальний реагент, що повністю звязав озон, утворивши над цим острівцем діру, що існувала кілька годин. Кілька годин поверхня острова опромінювалася смертельною УФ-радіацією В результаті на острові загинуло все живе: рослини, тварини, бактерії тощо. Залишилося кілька черепах, тіло яких захищене товстим панциром, проте їх очі було випалено ультрафіолетом.

Значної шкоди озоновому шару завдають також польоти висотних літаків, у вихлопних газах яких є окиси азоту, а також запуски космічних апаратів, особливо таких, як американські "Спейс Шаттли", що працюють на твердому паливі й викидають особливо багато таких окисів. Підраховано, що 300 запусків "Спейс Шатглів" підряд могли б повністю зруйнувати озоновий щит Землі.

Крім озону, що є в стратосфері, в приземному шарі повітря Землі подекуди зареєстровано підвищений вміст озону. його джерелом є вихлопні гази автомобілів, особливо тих, у яких погано відрегульовані двигуни. В поєднанні з певними атмосферними умовами (відсутність вітру тощо) у великих містах, таких як Токіо, Мехіко, Лос-Анджелес, утворюється фотохімічний смог.

2.4.3 Кислотні дощі

Окиси сірки й азоту, що потрапляють у атмосферу внаслідок роботи ТЕС і автомобільних двигунів, сполучаючись з атмосферною вологою, утворюють дрібні крапельки сірчаної га азотної кислої, які переносяться вітрами у вигляді кислотного туману й випадають на землю кислотними дощами. Ці дощі мають шкідливу дію на фактори навколишнього середовища:

врожайність багатьох сільськогосподарських культур знижується на 3-8% внаслідок ушкодження листя кислотами;

кислі опади спричинюють вимивання з ґрунту кальцію, калію й магнію, що викликає деградацію фауни та флори;

деградують і гинуть ліси (особливо вразливими до дії кислотних дощів виявилися кедр, бук і тис);

отруюється вода озер і ставків, у яких гине риба (в першу чергу цінні види - лосось, форель тощо) і численні види комах;

зникнення комах у водоймах призводить до щезання птахів і тварин, які ними живляться;

зникнення лісів у гірських районах (Карпати) зумовлює збільшення кількості гірських зсувів і селів;

різко прискорюється руйнування памятників архітектури, житлових будинків, особливо тих, що оздоблені мармуром, вапняком;

вдихання людьми повітря, забрудненого кислотним туманом, спричинює захворювання дихальних шляхів, подразнення очей тощо.

Взимку поблизу ТЕС, металургійних заводів тощо інколи випадає також кислотний сніг. Він є ще більш шкідливим, ніж кислотний дощ. Як встановив англійський дослідник Т. Девіс, райони, де випадає такий сніг, одержують одразу чотирьох-пятимісячну дозу забруднення, а під час танення навесні відбувається процес концентрації шкідливих речовин, тому тала вода інколи містить вдесятеро більше кислот, ніж сніг, який Девіс називає "екологічною бомбою уповільненої дії".

Деякі країни вже нині відчувають шкідливу дію кислотних дощів. Так, за даними екологів, у Швейцарії від кислотних дощів засихає третина лісів, 69% оглянутих букових дерев у лісах Великобританії всихають з верхівок. У Швеції 18 тис. озер отруєно цими дощами, з них у 9 тис. риба вже частково вимерла, а в 4 тис. зникла зовсім. Великою загрозою є "інтернаціональний" характер цього забруднення, бо повітряні течії розносять кислотні тумани на тисячі кілометрів від місць їх виникнення. Ті ж, наприклад, шведські озера пошкодили кислотні дощі, які утворилися через викиди ТЕС і металургійних підприємств Великобританії. Пануючі в цьому районі західні вітри розносять отруту далеко від Британських островів - аж до Скандинавії. Кислотні дощі в Канаді принесені з США, в Україні - з Румунії, а в Румунії - з України тощо.

Розділ 3. Охорона атмосферного повітря

3.1 Охорона і раціональне використання атмосфери

Вище наведено лише кілька прикладів антропогенних забруднень атмосфери, які досягли критичної межі. На жаль, цей перелік можна було б продовжити. Досить нагадати про аварію на Чорнобильській АЕС, коли в атмосферу було викинуто в тисячі разів більше радіоактивних забруднень, ніж під час бомбардування американцями Хіросіми чи Нагасакі. Від цього постраждали десятки мільйонів людей України, Білорусі, Росії. Головним проявом цього є руйнування генофонду українського і білоруського народів. Чорнобильська катастрофа згадана тому, що набутий в звязку з нею досвід вказує шляхи запобігання подальшим екологічним катастрофам. Необхідно створити кілька паралельних і незалежних національних і міжнародних груп експертів, які б оцінювали стан атмосферних забруднень, можливий вплив на атмосферу нових великих технічних проектів, а також видавали прогнози подальших антропогенних змін атмосфери [11].

Чи існують обєктивні умови для запобігання подальшим катастрофічним антропогенним змінам атмосфери? Вже з наведених прикладів очевидно, що існують. Викиди в атмосферу галогенорганічних сполук будуть різко скорочені в найближчі роки. Найбільше в світі вугілля і нафти видобував СРСР, і більша частина їх витрачалась на гонку озброєнь.

Міста на території колишнього СРСР дуже отруєні СО, свинцем, бензопіренами внаслідок технічної недосконалості автодвигунів, додавання до бензину тетраетилсвинцю, небажання відрегулювати вже наявні двигуни. За рахунок раціонального використання енергії і матеріалів Японія, Західна Європа, США при зростанні виробництва продукції зменшують спалювання вугілля, нафти, газу, дров, торфу.

Більш складна проблема збереження тропічних лісів: без їхнього вирубування і продажу країни на шляху розвитку втратять багато мільярдів доларів, які їм абсолютно необхідні. Однак ці мільярди повинні в тій чи іншій формі надати розвинуті країни і метрополії колоніальних імперій, які для себе вже вирубали свої й чужі ліси, а на непотрібну гонку озброєнь викидали трильйони доларів. Ці ж країни відповідальні і за забруднення атмосфери. Наприклад, внаслідок хижацької експлуатації за відносною площею лісів (12-14%) Україна стоїть на останньому місці в Європі.

У Франції ядерної енергії вироблялось більше, ніж у колишньому СРСР, але не було жодного великомасштабного викиду радіоактивних забруднень в атмосферу. Після аварії в США американці на відміну від СРСР витратили сотні мільярдів доларів на удосконалення своїх атомних станцій [11].

Щодо локальних і регіональних забруднень повітря, то досвід країн Західної Європи вказує на можливість розвязання цих проблем - при значно більших обсягах виробництва на одиницю площі, ніж у колишньому СРСР.

Отже, існує цілком реальна обєктивна можливість раціонального використання атмосферного повітря без істотного забруднення атмосфери. Проте для цього необхідно відмовитись від безглуздої гонки озброєнь, екстенсивного розвитку промисловості, транспорту і сільського господарства, а також ввести суворий міжнародний контроль забруднень атмосфери.

3.2 Методи знешкодження викидів в атмосферу забруднюючих речовин

З метою визначення токсичних речовин, що містяться в атмосферному повітрі у вигляді газів, пари, аерозолів і пилу, проводять дослідження атмосферних забруднень. Взагалі забруднення токсичними речовинами, які можуть міститися в складному поєднанні, нелегко дослідити і проаналізувати. Дослідження атмосферного повітря повязані з визначенням мікрограмових кількостей речовин, тому для його аналізу слід застосовувати високочутливі методи. Проте для оцінки забруднення атмосферного повітря самих визначень концентрації забрудників, нехай навіть і точних, недостатньо. Потрібно ще визначити ГДК, щоб мати можливість порівняти, наскільки визначена концентрація домішок перевищує допустиму межу. Як вже зазначалося, для повітря встановлені ГДК_{р. з} - гранично допустимі концентрації робочої зони - та ГДК шкідливих речовин в атмосферному повітрі населених місць. Гранично допустимі концентрації дають змогу сформулювати вимоги до очисних споруд та визначити санітарно-захисну зону. Тому ГДК можна розглядати як один із шляхів запобігання надмірним забрудненням атмосфери. Однак ГДК санкціонують на законних засадах забруднення атмосферного повітря до певної межі. Крім того, слід завжди памятати, що ГДК встановлені для однієї речовини, а на практиці в повітря викидається кілька одночасно, їхню спільну дію не вивчено. Крім того, визначення ГДК проводили на тваринах, і ці дані ми переносимо на людей. А тому все це слід враховувати в практичних умовах, зокрема визначати сумаційний ефект комплексу забруднювальних речовин.

З метою стабілізації стану повітряного середовища та поліпшення якості повітря в країні передбачається розробити стандарти якості повітря, повязавши їх з міжнародною системою стандартів. Передбачається також створити нову систему екологічного нормування. Будуть уведені технологічні стандарти і нормативи для забруднювальних речовин викидних газів з урахуванням можливостей новітніх технологій.

Значення ГДК деяких забруднювальних речовин в атмосферному повітрі населених пунктів наведено в табл.3.1 Важливим нормативом, який дає змогу кількісно оцінити викид забруднювальних речовин в атмосферу, є гранично допустимий викид.

Таблиця 3.1. Гранично допустимі концентрації шкідливих речовин в атмосферному повітрі населених пунктів [14]

З метою зменшення забруднення атмосферного повітря пилом та іншими шкідливими домішками потрібно на всіх промислових підприємствах організувати ефективне очищення відхідних газових викидів. Усі методи очищення можна розподілити на три групи: механічні, фізико-хімічні й хімічні (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Методи очищення відхідних газодимових викидів [9]

Вибір методу очищення залежить від кількості відхідних газів та їхнього складу. Механічні методи застосовують для очищення вентиляційних та інших газових викидів від грубодисперсного пилу. В них пил відокремлюється під дією сили гравітації, інерції або відцентрової сили.

Вибираючи систему пиловловлювання, слід враховувати швидкість газового потоку, вміст пилу та його фізико-хімічні властивості, розмір часточок і наявність водяної пари. Існує два види пиловловлювання: сухе і мокре. З екологічного й економічного погляду досконалішими є сухі пиловловлювачі. Вони дають змогу повернути у виробництво вловлений пил, тоді як при мокрому утворюються водяні суспензії, переробка яких потребує більших матеріальних затрат. Недоліком сухого пилоочищення є те, що воно забезпечує високий ступінь очищення тільки у разі малої запиленості відхідних газів.

Механічне сухе пиловловлювання здійснюють в осаджувальних камерах, циклонних сепараторах, механічних та електричних фільтрах. В осаджувальних камерах очищають гази з грубодисперсними часточками пилу розміром від 50 до 500 мкм і більше. Ефективнішою є осаджувальна камера Говарда в якій газовий потік розбивається горизонтальними пластинами на окремі секції. Незважаючи на незначний аеродинамічний опір і невисоку вартість, ці апарати застосовують рідко через труднощі їх очищення. З них відхідні гази направляють в інші, ефективніші апарати для подальшого очищення.

Значно поширеніші циклонні сепаратори. У них запилений газ, обертаючись по спіралі, відкидає часточки пилу на стінки апарата, звідки вони потрапляють у пилоосаджувальну камеру. Циклонні сепаратори ефективно очищають гази, що містять часточки розміром не менш як 25 мкм. Коефіцієнт корисної дії циклонів залежить від концентрації пилу і розмірів його часточок. Середня ефективність знепилення газів у циклонах становить 78-86% для пилу розміром 30-40 мкм. Основний недолік циклонів - значне абразивне спрацювання частин апарата пилом. Тому ці частини вкривають синтетичними матеріалами або зносостійкими сплавами, що здорожує конструкцію апарата. Циклони використовують для очищення запилених газів і повітря з великими часточками в різних галузях промисловості.

У фільтрах газовий потік проходить крізь пористий матеріал різної щільності й товщини. Очищення від грубодисперсного пилу здійснюють у фільтрах, заповнених коксом, піском, гравієм, насадкою різної природи й форми. Для очищення від тонкодисперсного пилу використовують фільтрувальний матеріал типу паперу, повсті або тканини різної щільності. Папір використовують для очищення атмосферного повітря або газів з низьким вмістом пилу. В промислових умовах застосовують тканини або рукавні фільтри. Вони мають форму барабана, тканинних мішків або кишень, що працюють паралельно. Їх очищують струшуванням або продуванням повітря. Останнім часом як фільтрувальні тканини широко використовують синтетичні матеріали та скловолокно, що можуть витримувати температуру 150-250 °С, вони хімічно і механічно стійкіші і менш вологоємні порівняно з шерстю та бавовною. Останні дають змогу очищати гази з температурою не вище за 100 °С. Головною перевагою рукавних фільтрів є висока ефективність очищення, яка досягає 99% для всіх розмірів часточок. Для тонкого очищення застосовують керамічні фільтри, фільтри з пластмас або скла. Ефективність пиловловлювання в них може досягати 99,99%, а температура очищуваного газу - 500 °С.

Для тонкого очищення газів від пилу використовують електрофільтри. Крім пилу вони можуть також очищати гази від аеро- та гідрозолів, тобто вловлювати більш дисперговані часточки.

Для підвищення ефективності роботи електроди інколи змочують водою. Такі електрофільтри називають мокрими. У мокрих пиловловлювачах запилений газ зрошується рідиною або контактує з нею. Найпростішою конструкцією є промивна башта, заповнена кільцями Рашіга, скловолокном або іншими матеріалами. До апаратів такого типу належать скрубери та труби Вентурі. Часто для видалення шламів, що утворюються, труби Вентурі доповнюють циклонами. Скрубери працюють за принципом протитечії: газ рухається знизу вгору, а поглинальна рідина (частіше вода) розпилюється форсунками згори вниз. Скрубери можна застосовувати для холодних і гарячих газів, які не містять токсичних речовин (кислот, хлору тощо), оскільки вони видаляються в атмосферу разом з очищеним газом у вигляді туману [12].

У барботажних апаратах запилений газ пропускають крізь рідину (воду). Їх доцільно використовувати для очищення гарячих газів з часточками пилу розміром понад 5 мкм. Барботаж використовують також у пінних апаратах. Для створення піни у воду добавляють ПАР. Ефективність очищення в цих апаратах досягає 97-99%.

Недоліком мокрого очищення газів є те, що вловлений пил перетворюється на мокрий шлам. Для видалення останнього потрібно будувати шламову каналізацію, що здорожує конструкцію.

В апаратах інерційного пиловловлювання різко змінюється напрямок потоку. Часточки пилу за інерцією вдаряються об поверхню, осаджуються і через розвантажувальний пристрій видаляються з апарата. Усередині апаратів розміщені пластини або кільця, об які вдаряється газ. Зверху апарати можуть зрошуватися водою. Тоді пил з них видаляється у вигляді шламу.

Ультразвукові апарати використовують для підвищення ефективності роботи циклонів або рукавних фільтрів. Ультразвук сприяє адгезії і закріпленню часточок пилу. Ці апарати ефективні у разі високої концентрації пилу в очищуваному газі. Для збільшення ефективності роботи апарата його зрошують водою. Такі апарати в комплексі з циклоном застосовують для уловлювання сажі, туману різних кислот тощо.

До фізико-хімічних методів очищення газових викидів належать абсорбція і адсорбція. Абсорбція - це процес хімічного осадження або звязування забруднювальних речовин під час пропускання очищуваного газу крізь рідкий поглинач. Апарати для такого очищення називають абсорберами. В цих апаратах очищуваний газ і абсорбувальна рідина рухаються назустріч один одному. Абсорбцію застосовують для очищення повітря і відхідних газів, що містять токсичні забруднення - кислотні тумани, оксиди карбону (IV) і (II), ціанідну або ацетатну кислоти, сірчистий газ, оксиди нітрогену, різні розчинники тощо. Як поглинач використовують суспензії, що містять оксиди магнію і кальцію або вапняк. Ефективність очищення становить 90-95%. Шлами після очищення можуть використовуватись для подальшого перероблення й отримання продуктів. Недоліком цих апаратів є ускладнення процесу видалення шламів у разі утворення важкорозчинних речовин.

Адсорбційний метод очищення газів - це сорбція газуватих речовин на поверхні або в обємі мікропор твердого тіла. Тверду речовину, на поверхні або в обємі пор якої відбувається концентрування очищуваних речовин, називають адсорбентом. Поглинювані забруднювальні речовини, що перебувають у газовій або рідкій фазі, називають адсорбтивом, а після переходу в адсорбований стан - адсорбатом. У техніці використовують тверді адсорбенти з сильно розвинутою внутрішньою поверхнею. Найчастіше як адсорбент використовують активоване вугілля, силікагель та глини, що мають велику поверхню. Один грам активованого вугілля має поверхню близько 5 км². Вилучені з очищуваних газів речовини - адсорбтиви, які в подальшому видаляють шляхом десорбції, можуть бути використані для тих чи інших цілей. Цей процес називають регенерацією адсорбента і здійснюють здебільшого нагріванням перегрітою парою. Апарати, в яких здійснюють адсорбцію, називають адсорберами. Їх виконують вертикальними, горизонтальними і з кільцевими полицями, на яких розташовують адсорбент.

Адсорбцією на активованому вугіллі очищають відхідні гази від гідрогенсульфіду у виробництві штучного волокна. За допомогою адсорбції на силікагелі очищають газові викиди від оксидів нітрогену. Цей метод широко застосовують для очищення викидних газів від багатьох інших шкідливих домішок.

Хімічні методи очищення викидних газів засновані на хімічному звязуванні шкідливих забруднювальних речовин. Дуже поширеним методом є хемосорбція, коли очищуваний газ промивають розчином речовин, що реагують із забруднювальними домішками. Так, для вловлювання оксидів нітрогену застосовують торфолужні композиції з гідроксидом кальцію або аміаком. У результаті хемосорбції утворюється добриво з 6-8% -м вмістом звязаного азоту у вигляді нітратів кальцію і амонію. Спалювання використовують для знешкодження горючих вуглеводнів, що не використовуються у виробництві. З економічного погляду це малоефективний процес, оскільки теплота не використовується і тільки призводить до теплового забруднення навколишнього середовища. Якщо концентрація горючих речовин недостатня для горіння, то застосовують термічне окиснення. При цьому очищуваний газ спалюють у полумї пальника.

У багатьох випадках для знешкодження відхідних газів застосовують каталітичні процеси окиснення, відновлення та розкладання.

Розділ 4. Розрахункова частина

4.1 Апарати мокрого очищення газів

Апарати мокрого очищення газів мають широке розповсюдження, оскільки характеризуються високою ефективністю очищення від мелкодисперсного пилу з dч е (0,3-1,0) мкм, а також можливістю очищення від пилу гарячих і вибухонебезпечних газів. Проте мокрі пиловловлювачі володіють рядом недоліків, що обмежує сферу їх застосування: освіта в процесі очищення шламу, що вимагає спеціальних систем для його переробки; винесення вологи в атмосферу і утворення відкладень у відвідних газовідходах при охолоджуванні газів до точки роси; необхідність створення оборотних систем подачі води в пиловловлювач.

Апарати мокрого очищення працюють за принципом осадження частинок пилу або на поверхню крапель рідини, або на поверхню плівки рідини. Осадження частинок пилу на рідину відбувається під дією сил інерції і броунівського руху.

Сили інерції діють на частинки пилу і капель рідини при їх зближенні. Ці сили залежать від маси крапель і частинок, а також від швидкості їх руху. Частинки пилу малого розміру (менше 1 мкм) не володіють достатньою кінетичною енергією і при зближенні зазвичай огинають краплі і не уловлюються рідиною. Броунівський рух характерний для частинок, малого розміру (менше 1 мкм). Для досягнення високої ефективності очищення газу від частинок домішок за рахунок броунівського руху необхідно зменшити швидкість руху газового потоку в апараті.

Окрім цих основних сил на процес осадження впливають турбулентна дифузія, взаємодія електрично заряджених частинок, процеси конденсації, випаровування і ін. У всіх випадках очищення газу в мокрих пиловловлювачах важливим чинником є змочуваність частинок рідиною (чим краще змочуваність, тим ефективніше процес очищення).

Конструктивно мокрі пиловловлювачі розділяють на скрубери Вентурі, скрубери форсунок і відцентрових, апарати ударно-інерційного типу, барботажно-пінні апарати і ін.

Серед апаратів мокрого очищення з осадженням частинок пилу на поверхню крапель найбільше практичне застосування знайшли скрубери Вентурі (рис.16). Основна частина скрубера - сопло Вентурі 2, в конфузорную частину якого підводиться запилений потік газу і через відцентрові форсунки 1 рідина на зрошування. У конфузорной частині сопла відбувається розгін газу від вхідної швидкості (W=15-20 м/с) до швидкості у вузькому перетині сопла 60-150 м/с і більш. Процес осадження частинок пилу на краплі рідини обумовлений масою рідини, розвиненою поверхнею крапель і високою відносною швидкістю частинок рідини і пилу в конфузорной частині сопла. Ефективність очищення в значній мірі залежить від рівномірності розподілу рідини по перетину конфузорной частини сопла. У диффузорной частині сопла потік гальмується до швидкості 15-20 м/с і подається в каплеуловитель 3. Каплеуловітель зазвичай виконують у вигляді прямоточного циклону або скрубера ВТІ. Скрубери Вентурі забезпечують ефективність очищення 0,96-0,98 аерозолів і більш з середнім розміром частинок 1-2 мкм при початковій концентрации примесей до 100 г/м³. Питома витрата води на зрошування при цьому складає 0,4-0,6 л/м^3. Круглі скрубери Вентурі застосовують до витрат газу 80000 м³/год. При великих витратах газу і великих розмірах труби можливості рівномірного розподілу зрошуючої рідини по перетину труби погіршуються, тому застосовують або декілька паралельно працюючих круглих труб, або переходять на труби прямокутного перетину.

Рис. 4.1.1. Скруббер Вентури

Одним з вдалих конструктивних вирішень сумісної компоновки скрубера Вентурі і каплеуловителя може служити конструкція (мал.17) коагуляци-онно-центробежного мокрого пиловловлювача (КЦМП). Сопло Вентурі 1 встановлено в корпусі циклону 2, а для закручування повітря використовується спеціальний закручнватель 3. Промислові КЦМП працюють при швидкостях у вузькому перебігу труби Вентурі 40-70 м/с, питомих витратах води на зрошування 0,1-0,5 л/м3 і мають габарити на 30% менше, ніж звичайні скрубери Вентурі.

Рис. 4.1.2 Коагуляційно-центробіжний мокрий пилеуловитель

Скрубери Вентурі широко використовуються в системах очищення газів від туманів. Ефективність очищення повітря від туману з середнім розміром частинок близько 0,3 мкм досягає 0,999, що цілком порівняно з високоефективними фільтрами.

Різновидом апаратів для уловлювання пилу осадженням частинок на краплях рідини є скрубери форсунок (мал.18, а). Запилений газовий потік поступає в скрубер по патрубку 3 і прямує на дзеркало води; де осідають найбільш крупні частинки пилу. Газовий потік і мелкодисперсная пил, розподіляючись по всьому перетину корпусу 1, піднімаються вгору назустріч потоку крапель, що подаються в скрубер через пояси форсунок 2. Питома витрата води в скруберах форсунок складає 3,0-6,0 л/м3, гідравлічний опір апарату до 250 Па при швидкостях руху потоку газу в корпусі скрубера 0,7-1,5 м/с. Загальна ефективність очищення, що отримується на скруберах форсунок, невисока і складає, наприклад, 0,6-0,7 при очищенні доменного газу. У скруберах форсунок ефективно уловлюються частинки розміром >10 мкм. Одночасно з очищенням газ, що проходить через скрубер форсунки, охолоджується і зволожується до стану насичення. У тих випадках, коли потрібне очищення невеликих мас гарячих газів від забруднень з розміром частинок більше 15-20 мкм, можна застосовувати прості зрошувальні пристрої, які виконуються у вигляді ряду форсунок, вбудованих в газохід. Питома витрата води в таких системах вибирається рівною від 0,1 до 0,3 л/м3. Швидкість газового потоку в газоході в цілях виключення інтенсивного каплеуноса не повинна перевищувати 3 м/с.

Рис. 4.1.3 Форсуночний (а) и центробіжний (б) скрубери

У апаратах відцентрового типу (мал.18,6) частинки пилу відкидаються на плівку рідини 2 відцентровими силами, що виникають при обертанні газового потоку в апараті за рахунок тангенціального розташування вхідного патрубка 5 в корпусі апарату. Плівка рідини завтовшки не менше 0,3 мм створюється подачею води через сопла і безперервно стікає вниз, захоплюючи в бункер 4 частинки пилу. Ефективність очищення газу від пилу в апаратах такого типу залежить головним чином від діаметру корпусу апарату 3, швидкості газу у вхідному патрубку і дисперсності пилу. У табл.21 приведені фракційні коефіцієнти очищення відцентрових скруберів ЦС-ВТІ [26] діаметром 1 м. Із зростанням діаметру скрубера ефективність очищення падає.

Ефективність очищення зростає при збільшенні висоти корпусу до H= (3-4) D, після чого практично залишається постійною, тому зазвичай приймають H=4D. Гідравлічний опір визначають по формулі (4), приймаючи ж=33-46. Питома витрата води у відцентрових скруберах складає 0,09-0,18 л/м3. Вхідна запилена газового потоку = 20 г/м3.

Апарати ударно-інерційного типу працюють за принципом осадження частинок пилу на поверхню рідини при повороті на 180° пилегазового потоку, рухомого із швидкістю 25-50 м/с. Зважені в газі частинки за рахунок сил інерції після виходу з сопла не встигають за лініями струму і потрапляють на поверхню рідини. Добре уловлюються частинки розміром більше 20 мкм. Основна перевага апаратів ударно-інерційного типу - мала питома витрата води, яка складає не більше 0,03 л/м3 і визначається тільки випаровуванням і втратами рідини з шламом. Ефективність очищення газу в таких апаратах вельми чутлива до зміни відстані між зрізом сопла і дзеркалом рідини.

До мокрих пиловловлювачів відносяться барботажно-пінні пиловловлювачі з провальними (мал. 4.2, а) і переливними гратами (мал. 4.2, б). У таких апаратах газ на очищення поступає під грати 3, проходить через отвори в гратах і, барботуючи через шар рідини і піни 2, очищається від частинок пилу за рахунок осадження частинок на внутрішні поверхні газових міхурів. Режим роботи апаратів залежить від швидкості подачі повітря під грати. При швидкості до 1 м/с спостерігається барботажний режим роботи апарату. Подальше зростання швидкості газу в корпусі апарату до 2-2,5 м/с супроводжується виникненням пінного шару над рідиною, що приводить до підвищення ефективності очищення газу і бризгоуноса з апарату. Сучасні барботажно-пінні апарати забезпечують ефективність очищення газу від мелкодисперсного пилу близько 0,95-0,96 при питомих витратах води 0,4-0,5 л/м3.

Практика експлуатації барботажно-пінних апаратів показує, що вони вельми чутливі до нерівномірності подачі газу під провальні грати. Нерівномірна подача газу приводить до місцевого здування плівки рідини з грат. Крім того, грати апаратів схильні до засмічення.

Рис. 4.1.2. Барботажно-пінний пилевловлювач з провальною (а) та переливною (б) решітками.

4.2 Розрахунок Скрубера Вентурі

Скрубери Вентурі знайшли найбільше застосування серед апаратів мокрого очищення газів з осадженням частинок пилу на поверхні крапель рідини. Вони забезпечують ефективність очищення 0.96-.0.98 на пилі з середнім розміром частинок 1.2 мкм при початковій концентрації пилу до 100 г/м³

Забруднювачі: - мартиновський пил В=1,915·10^-2, п=0,5688

Туман фосфорної кислоти В=1,34·10^-2 п=0,6312

Щільність газу в горловині с_{г=1,78кг/м³}

Швидкість газу в горловині W_г = 200 м/с

Питома витрата рідини q_{рід= 2,4 л/м³}

Щільність рідини с_{рід = 1000 кг/м³}

Коефіцієнт гідравлічного опору сухої труби г_с=10

Обємні витрати газу Q_{г=80000 м³/год}

б₁=16^о б₂=8^о

Завдання: Зробити розрахунок геометричних розмірів скрубера Вентурі і дати його схематичний малюнок.

РОЗРАХУНОК:

1). Визначаю гідравлічний опір сухої трубки Вентурі:

2). Розраховуємо гідравлічний опір, обумовлений введенням зрошуючої рідини

Н/м², де

г_рід - коефіцієнт гідравлічного опору труби, обумовлений введенням рідини

3). Знаходимо гідравлічний опір труби Вентурі, Н/м²

4). Знаходимо сумарну енергію опору Кт, Па

де V_{рід і Vг - обємні витрати рідини і газу відповідно, м³/с}

V_{г = тг/сг = м³/с}

V_{рід = трід/срід = м³/с}

5). Визначаємо ефективність скрубера Вентурі

Для очищення від Мартиновського пилу:

Для очищення туману фосфорної кислоти:

Ефективність скрубера Вентурі, отримана в результаті розрахунків (величина з), забезпечує очищення газів від забруднень. Характерні розміри труб Вентурі круглого перерізу складають

Характерні розміри труб Вентурі круглого перерізу звичайно:

б₁ = 16°;

б₂ = 8°; ;

Діаметри d₁, d₂, d₃ розраховують для конкретних умов очистки повітря від пилу. Для розрахунку d₁, d₂, d₃ слід використати рівняння неперервності потоку, приймаючи що умови, при яких газ рухається через переріз d₁, та d₃ однакові. Діаметр d₂ знаходимо з рівняння:

=

6). Визначаю сумарну енергію дотику Е за формулою:

Дж

Висновок

Отже, земля оточена потужною газовою оболонкою - атмосферою. В атмосфері завжди присутні також тверді або рідкі частинки, що плавають в повітрі - аерозолі.

Розрізняють постійний газовий склад атмосфери, в якому існує стабільне співвідношення вмісту; різних газів, і змінну складову частину повітря, вміст окремих компонентів якої може змінюватись у широких межах. З основних компонентів атмосфери найбільше змінюється вміст у повітрі водяної пари і аерозолів. У приземному шарі повітря в різних місцевостях і в різний час може змінюватись у дуже широких межах вміст деяких домішок - внаслідок потужних антропогенних викидів в атмосферу або дії локальних природних процесів (геологічних, метеорологічних, біологічних). Атмосфера Землі підтримується в стані динамічної рівноваги внаслідок дії багатьох процесів притоку газів і аерозолів в атмосферу і їхньої втрати. З екстенсивним розвитком промисловості, енергетики, транспорту, сільського господарства й інших форм людської діяльності швидкими темпами зростають кількісно і якісно антропогенні викиди в атмосферу різних газів і аерозолів. Ще років пятдесят тому масштаби цих викидів майже по всіх видах газів і аерозолів були на кілька порядків меншими від їхніх природних надходжень в атмосферу. Тому існуючі в природі механізми утримання рівноваги і стабільності характеристик атмосфери істотно істотно не порушувались.

Однак за останні десятиріччя масштаби все нових і нових видів антропогенних викидів наблизились до їхніх природних надходжень або навіть перевищують їх. Крім того, відбуваються якісні зміни: в атмосферу викидається все більша кількість речовин, яких там раніше не було або було дуже мало, отже, в природі можуть бути відсутніми механізми очищення від них атмосфери. При цьому найбільші порушення природної рівноваги можуть викликати забрудники каталітичної дії, які лише прискорюють деякі природні аерономічні реакції, а самі після завершення циклу з кількох хімічних або фотохімічних реакцій відновлюються і можуть послідовно брати участь у величезній кількості таких циклів.

Література

Білявський Г.О. та ін. Основи загальної екології: Підручник / Г.О. Білявський, М.М. Падун, Р.С. Фурдуй. - 2-е вид., зі змінами. - К.: Либідь, 1995. - 368 с.

Брасье Г., Соломон С. Аэрономия средней атмосфери. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987.

Будыко М.И. Изменения климата. - Л.: Гидрометеоиздат, 1974.

Владимиров А.М., Ляхин Ю.И., Матвеев Л.Т., Орлов В.Г. Охрана окружающей среды. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991.

Войткевич Г.В., Кокин А.В., Мирошников А.Е., Проскуров В.Г. Справочник по геохимии. - М.: Недра, 1990.

Гайнріх Д., Гергт М. Екологія: dtv - Atlas. - К.: Знання; Прес, 2001. - 275

Джигирей В.С. Екологія та охорона навколишнього природного середовища: Навч. посіб. для вузів. - К.: Знання, 2000.

Джигирей В.С. та ін. Основи екології та охорона навколишнього природного середовища: Навч. посіб. для вузів. / В.С. Джигирей, В.М. Сторожук, Р.А. Яцюк - Львів: Афіша, 2000.

Запольський А.К., Салюк А.I. Основи екології: Підручник / За ред. К.М. Ситника. - К.: Вища шк., 2001. - 358 с.

Злобін Ю.А. Основи екології: Підручник. - К.: Либідь, 1998.

Калыгин В.Т. Промышленная экология. Курс лекций. - М.: Изд-во МНЭПУ, 2000. - 240 с.

Коротило Д.М. Екологія і економіка: Навч. посібник. - К.: КНЕУ, 1999.

Кучерявий В.П. Екологія. - Львів: Світ, 2000. - 499 с.

Кучерявий В.П. Проблеми екології. - Л.: Вид-во "Світ", 2000. - 481 с.;

Лебединец В.И., Курбанмуратов О. Роль кометного и метеорного вещества в генезисе серебристых облаков // Астроном, вести. - 1992. - Т.2, №1.

Лебединец В.Н. О доле потенциальных метеоритообразующих тел среди твердых тел межпланетной среды // Астрон. вестн. - 1991. - Т.25, № 2.

Лебединец В.Н. Пылевое облако Земли и атмосферный кислород // Астрон. вестн. - 1991. - Т.25, № 3.

Мизун Ю.Г. Озоновые дыры: мифы и реальность. - М. - Мысль, 1993.

Основи соціоекології: Навч. посібник / Г.О. Бачинський Н.В. Беренда, В.Д. Бондаренко та ін.; За ред. Г.О. Бачинського. - К.: Вища шк., 1995. - 238 с.

Паршенков С. Промышленное загрязнение // Природа. - 1991, № 5.

Роев Г.А. Очистные сооружения. Охрана окружающей среды. - М.: Недра, 1993.

Роун Ш. Озоновый кризис. - М.: Мир, 1993.