Лекции по дисциплине Экология - файл n1.doc

Лекции по дисциплине Экология
скачать (869.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc870kb.20.11.2012 06:45скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Антропогенное воздействие на атмосферу



Строение и состав и значение атмосферы для биосферы.

Атмосфера – воздушная оболочка, окружающая землю и вращающаяся вместе с ней.

Химический состав воздуха атмосферы (объемные %): азот – 78,08; кислород – 20,9; аргон –0,93; углекислый газ – 0,03; вода – 0,001, а также: неон, гелий, ксенон, радон, метан и др.

Строение атмосферы:

Значение атмосферы для биосферы:

        1. Является источником необходимых живым организмам: кислорода, углекислого газа, водяных паров.

        2. Регулирует количество солнечного и космического излучения, попадающего на поверхность земли:

        1. Защищает поверхность земли от метеоритов, других мелких космических объектов;

        2. Является основным климатообразующим фактором и средой обитания многих живых организмов.

Основные загрязнители атмосферы.

Большая часть техногенных выбросов в атмосферу – нетоксичные углекислый газ и вода. С СО2 связаны другие экологические проблемы, не связанные с токсичностью. В атмосферу выбрасываются десятки тысяч различных веществ, но наиболее распространенные (многотоннажные) немногочисленны, делятся на 5 групп:

Загрязнитель

Воздействие на человека

Воздействие на биосферу

1. Твердые частицы, пыль, сажа

Зависит от химического состава: нетоксичная, токсичная, канцерогенная (SiO2, асбест).

Снижение прозрачности воздуха, смог.

2. СО2


СО

Существенное воздействие только в больших концентрациях

Парниковый эффект.

Необратимо связывает гемоглобин крови, вызывает удушье, нарушение обмена веществ.

Малые концентрации не оказывают заметного влияния.

3. SO2, SO3

Раздражение кожи, слизистых, нарушение деятельности дыхательных и сердечно-сосудистых систем

Смог, кислотные дожди и их последствия – угнетение земной растительности, особенно хвойных.

4. Оксиды азота

Раздражение кожи и слизистых, нарушение деятельности дыхательных и сердечно-сосудистых систем, понижение содержания гемоглобина (NO).

Оксиды азота более опасны, чем оксиды серы, их действие нельзя смягчить нейтрализующими средствами

Смог, кислотные дожди и их последствия, разрушение озонового слоя.

5. Углеводороды

(в т.ч. бензапирен)

В зависимости от химического состава могут быть раздражающими или канцерогенными.

Понижение прозрачности воздуха, смог.

Кроме указанных в таблице, в атмосферу выбрасываются: NH3, H2S, CS2, O3, хлорфторуглероды (в т.ч. фреоны), диоксины, тяжелые металлы и их соединения (свинец – 260 тыс. т в год – ДВС, 89 тыс. т металлургия; ртуть, кадмий, мышьяк, сурьма и др.)

ПДК некоторых загрязнителей атмосферы мг/м3:

Вещество

Класс опасности

ПДКмр

ПДКсс

1. Пыль неорганическая 20-70% SiO2

2. Диоксид серы

3. Диоксид азота

  1. Оксид углерода СО

  2. Формальдегид Н2СО

  3. Бензол С6Н6

  4. Фенол С6Н5ОH

  5. Аммиак NH3

  6. Сероводород H2S

  7. Хлор Cl2

  8. Свинец

  9. Ртуть металлическая

  10. Бензапирен C20H12

  11. Диоксин

3

3

2

4

2

2

2

4

2

2

1

1

1

1

0,3

0,5

0,085

5

0,035

1,5

0,01

0,2

0,008

0,1

0,01

0,01



0,5пг/м3

0,1

0,05

0,04

3

0,003

0,1

0,003

0,04

0,008

0,03

0,0003

0,0003

0,00001



Особую группу загрязнителей атмосферы и окружающей среды в целом составляют тяжелые металлы и их соединения. Они приводят к нарушениям обмена веществ, кроветворной функции, различным тяжелым заболеваниям. Некоторые тяжелые металлы являются канцерогенами (Cr(VI) и его соединения), они относятся обычно к 1 – 2 классам опасности. Соединения тяжелых металлов обычно более опасны, чем сами металлы, они обычно и присутствуют в атмосфере в газообразном состоянии или в составе пыли.

Основные загрязнители атмосферы: ТЭС, автотранспорт и промышленность (металлургия и др.)

Загрязнитель атмосферы №1 – термохимические процессы в энергетике (ТЭС). Основные химические реакции теплоэнергетических процессов, приводящие к загрязнению атмосферы углекислым газом:

С+ O2  СO2

CnHm+ O2  n CO2 +0,5m H2O

Попутно идут реакции термического окисления азота, окисления примесей из топлива (например, серы), высвобождение примесей.

Удельные выбросы в атмосферу ТЭС мощностью 1000 мВт на разных видах топлива (г/кВт-ч):

Выбросы

Топливо

Уголь

Мазут

Природный газ

Частицы

СО

NOх

SO2

0,4–1,4

0,3–1,0

3,0–7,5

6,0–12,5

0,2–0,7

0,1–0,5

2,4–3,0

4,2–7,5

0–0,05



1,9–2,4

0–0,02

В среднем в топливной теплоэнергетике на 1 т условного топлива выбрасывается ~150 кг загрязнителей (кроме того присутствует тепловое загрязнение окружающей среды). Доля АЭС (не дающих существенныхвыбросов в атмосферу) в выработке электроэнергии в нашей стране составляет 10 –15%. В то же время, повсеместное использование только в отечественной металлургии существующих энергосберегающих технологий позволит сэкономить 12 % вырабатываемой энергии (суммарное производство всех АЭС России).

Загрязнитель атмосферы №2 (а в крупных городах №1) – ДВС – автомобильный транспорт.

Состав отработанных газов автомобиля (объемные %)

Компоненты

Двигатели

карбюраторные

дизельные

N2

O2

Н2О

СO2

СО

NOх

CnHm

Альдегиды

Частицы, г/м3

Бензапирен мкг/м3

72–75

0,3–0,8

3–8

10–14,5

0,5–1,3

0,1–0,8

0,2–0,3

0–0,2

0,1–0,4

10–20

74–76

1,5–3,6

0,8–4

6–10

0,1–0,5

0,01–0,5

0,02–0,5

0–0,01

0,1–1,5

до 10

Наибольшая загрязненность атмосферы приурочена к индустриальным регионам. Около 90 % выбросов приходятся на 10% территории суши и сосредоточены в основном в Северной Америке, Европе и Восточной Азии. Это крупные промышленные города, сопровождаемые такими явлениями как пылевые купола, смог. В России это Норильск (2300 тыс.т./год), Магнитогорск (770), Липецк (640), Череповец (600), Новокузнецк (570), Нижний Тагил (550). Челябинская область по объемам выбросов загрязняющих веществ в воздушный бассейн занимает в России третье место.

Выбросы в атмосферу 5 главных загрязнителей (по состоянию на 1998г, млн. т)

Загрязнители

Весь мир

Россия

Стационарные источники

Транспорт

Стационарные источники

Транспорт

Твердые частицы

Оксид углерода

Диоксид серы

Оксиды азота

Углеводороды

57

177

99

68

4

80

200

0,7

20

50

2,4

3,6

5,4

1,5

1,0

3,7

9,3

0,04

2,4

1,4

Вклад различных отраслей промышленности России в загрязнение атмосферы (1998):

Влияние оксидов серы и азота на атмосферу

По ряду показателей, в первую очередь по массе и распространенности вредных эффектов, атмосферный загрязнитель №1 – SO2 (диоксид серы). Он образуется при окислении серы, содержащейся в топливе ТЭС или в составе сульфидных руд цветной металлургии (например, медеплавильное производство в г. Карабаш):

S + O2 SO2

Сu2S + O2  2Сu +SO2

В последнее время, в связи с увеличением мощности высокотемпературных процессов, переводом ТЭС на газ и ростом парка автомобилей растут выбросы оксидов азота при окислении атмосферного азота:

N2 + О2  2NO

2NO+ О2  2NO2

Вторичные реакции SO2 и NO2 атмосферы с парами воды, кислородом и при участии техногенной пыли в качестве катализаторов, приводят к образованию серной и азотной кислот:

2SO2 +2Н2О  2Н2SO4 – масштабы процесса на порядок выше, чем для азотной:

4NO2 +2Н2О +O2  4НNO3

4NO + 2Н2О +3O2  4НNO3

Результат – кислотный туман и кислотные дожди, рН которых в ряде случаев снижается на 2 – 2,5 ед. (вместо нормальных 5,6 – 5,7 до 3,2 – 3,7).

Влияние кислотных дождей:

Нарушение озонового слоя атмосферы (озоновые дыры).

В 80х годах появились первые сообщения о региональных снижениях содержания озона в стратосфере. В сезонно пульсирующей «озоновой дыре» над Антарктидой (площадью около 10 млн. км2) содержание озона упало на 50%. Позднее «блуждающие» озоновые дыры, меньшие по масштабам, обнаружены в Северном полушарии в местах устойчивых антициклонов – в Гренландии, Северной Канаде, Якутии. Средняя скорость глобального уменьшения содержания озона за период 1980–1995гг оценивается в 0,5–0,7 % в год.

Ослабление озонового экрана чрезвычайно опасно для всего живого на Земле, поэтому эти факты привлекли пристальное внимание ученых, экологов. Однако не исключено, что часть наблюдаемого ослабления озонового экрана земли связана с вековыми колебаниями аэрохимических свойств атмосферы и независимыми изменениями климата. Один из факторов – выделение водорода в районах повышенной вулканической активности. Среди гипотез, возможных причин нарушения озонового слоя выделяют:

Один запуск космического аппарата типа «Шаттл» разрушает озон в количестве до 1 млн. тонн, т.е. до 0,3% общего содержания озона в земной атмосфере.

Парниковый эффект и изменения климата

С конца 19 века по настоящее время наблюдается повышение средней глобальной температуры атмосферы. За последние 50 лет средняя температура атмосферы повысилась на 0,6 С. Это потепление в 20 веке относится к спонтанным вековым колебаниям средней температуры и не может быть целиком приписано влиянию человека. Однако это влияние возрастает, последнее десятилетие 20 века – самое теплое не только в столетии, но и во всем тысячелетии. Ведущим фактором глобального потепления климата считают парниковый эффект – уменьшение спектральной прозрачности атмосферы для теплового излучения от поверхности земли, создаваемый в атмосфере парами воды и рядом газов: СO2, СО, СН4, NOх, фреонами и другими – так называемыми парниковыми газами.

Несмотря на однозначно зафиксированное повышение содержания в атмосфере парниковых газов, повышение температуры намного меньше ожидаемого – расчетного (на настоящий момент). Это «противодействие» возможно обусловлено:

Таким образом, реализации модельных расчетов потепления климата под воздействием выброса парниковых газов остаются возможными сценариями и предположениями, с вероятностью реализации оцениваемой в 60%. Однако опасность представляется реальной, поскольку фактические данные говорят о том, что круговорот углерода уже нарушен:

Расчет показывает, что для остановки глобальных изменений круговорота углерода необходимо вдвое сократить освоенную человеком часть суши и тем самым уменьшить разрушение биосферы.

Аэрозольный эффект. Смог.

Аэрозольный эффект – снижение прозрачности атмосферы, уменьшение солнечной радиации, достигающей поверхности земли – эффект противоположный парниковому, вызывает снижение температуры у поверхности. Аэрозоли, включающие:

жидкие частицы (10-6 – 10-1 см), представляют собой туман.

твердые частицы (10-8 – 10-2см), представляют собой пыль.

Смог – токсичный туман, опасное загрязнение атмосферного воздуха, сочетающее пылевые частицы и капли жидкости.

Смог Лондонского типа (классический) – вредные газы (главным образом SO2), пыль, туман. Источник классического смога в 50 х годах в Лондоне – сжигание серосодержащего угля и мазута в каминах.

Лос-Анджелесский смог (фотохимический), имеет в качестве основного источника выбросы автотранспорта, под действием ультрафиолетовой составляющей солнечного света в которых образуются новые, более опасные загрязнители, чем исходные (n-ацетнитрил, озон и др.)

Смог Аляскинского типа – «морозный туман» (лед) в сочетании с различного рода загрязнителями, возможно токсичными.

При средних скоростях западных воздушных потоков в верхней тропосфере 30–35 м/с, наблюдаемых в умеренных широтах, аэрозольные выбросы успевают обогнуть земной шарза 10–12 суток

Методы очистки от газообразных примесей.

Физико-химические:

1. Промывка газовоздушной смеси жидкостями. Поглощающими газообразные примеси – абсорбция Н2О абсорбирует NH3, HCl, HF. Вязкие масла используют для удаления ароматических, циклических CnHm.

2. Хемосорбция – поглощение газообразных примесей жидкостью с образованием новых химических соединений.

3. Адсорбция – поглощение газообразных веществ твердыми активными веществами (активированный уголь, силикагель, Al2O3).

4. Каталитические превращения – связывание загрязнителей в менее вредные или безвредные вещества в присутствии катализаторов (Pt и другие металлы, оксиды меди и марганца).

ССЗ – санитарно-защитные зоны, которыми отделяются от жилой застройки промышленные предприятия, загрязняющие атмосферу. ССЗ должны содержать зеленые насаждения и иметь размеры в зависимости от класса предприятий:

Класс предприятия

Ширина ССЗ (м)

1. Черная металлургия

2. Машиностроение

3. Рыбные промыслы, свекло-сахарные заводы

4. Пищевая промышленность, спиртозаводы

5. Пищевая промышленность – молокозаводы

1000

500

300

100

50

Методы пылеочистки:

1. Сухая пылеочистка (циклонная, ротационная, вихревая и др.)

2. Мокрая пылеочистка – осаждение на каплях или пленках жидкости.

3. Фильтрация – пропускание газовоздушной смеси через пористые материалы

4. Электрофильтрация (электроочистка) – осаждение пыли на электродах в результате электрических разрядов и ионизации пылевых частиц.

  1. 1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации