Загрязнение атмосферы.

Под загрязнением атмосферы в РФ понимается (ГОСТ 17.2.1.04-77) изменение состава атмосферы в результате наличия в ней примесей. Это результат выбросов ЗВ из различных источников. 2 главных источника: естественный и антропогенный (искусственный). ЗВ – вещество, не входящее в постоянный состав атмосферы и неблагоприятно воздействующий на ОС и здоровье человека.

Выделяют некоторые ЗВ, 10⁶ т/сутки:

ЗВ/ест.ист./анторп.ист:

SO2/-/0,4

H2S/0,3/0,01

NOx/2/0,2

NH3/3/0,01

Углеводороды/2/0,2

СО/10/1

СО2/3000/50

Самым опасным явл. антропогенное поступление ЗВ в атмосферу, т.к. они накапливаются в зоне обитания человека.

Естественные источники загрязнения атмосферы.

I. Биологические источники

1. СО2 и Н2О

СН2О +О2 =СО2 + Н2О

2) Метан,образ в болотах прb микробной деструкции орг в-ва

СН2 +Н2 =СН4+ Н2О

Растения выделяют множество других углеводородов(биогенных)Пример: хвойные деревья выделяют изопрен

И их колич-во 600 млн тонн в год в расчете на чистый углерод.

3) Микроорганизмы,вызывающие распад азотсодержащих в-в поставляют в атмосферу аммиак (70 млн тонн в год)

Гидролиз мочевины NH2CONH2+H2O=2NH3+CO2

Антропог вклад аммиака 4 млн тонн в год

4) Под воздействием нитробактерий аммиак окисляется до нитритов и нитратов (нитрофиксация)

5) В анаэробных условиях микроорганизмы восстанавливая нитраты поставляют в атмосферу азот N2 и оксид азота N2O

6) Сера в атмосфере в виде сероводорода

Диметилсульфид CH3SCH3 dв рез-те жизнедеятельности бактерий и водорослей

COS-карбонил сульфид

CH3SH метил меркаптан

II. геохимические

1)извержение вулканов SO2 ежегод выброс 20-40 млн тонн в год

COS 0,002 млн тонн в год

HCl 8 млн тонн в год

HF 0,4 млн тонн в год

Газы невулканического происхождения Гелий,аргон,радон

Аргон накапливается в атм за счет радиактив превращения калия(40 К),содержащегося в горных породах. Калий содержит примерно 0,01 % изотопа 40 К,кот радиоактивен

Гелий и радон предст собой продукты радиоактивного распада урана и тория. Но они не накапливаются в атмосфере

Гелий-уходит в межпланетное пространство

Радий-период полураспада 3,8 суток

2) мировой океан

СО,масса поступающ газа 100 млн т в год,диметилсульфид 30-50 млн т год,сероводород 15 млн т в год

3)Атмосферные источники-это реакции,протекающие в атмосфере химич превращения в атм, связаны с переходом восстановленных форм химич соединений в окисленные

Антропогенное загрязнение атм воздуха

К основным источ промышленного загрязн атм воздуха относятся:

-предприятия энергетики (металлургия,стройматериалы, химич и нефтехимич промышл,автотранспорт)

1)Образ загрязн в-в,при сжигании топлива

Наиболее широкое применение в кач-ве топлива находят:

-твердое топливо(угли,сланцы,торф,древесина)

-жидкое топливо(мазут)

-газообразное (природный газ)

Основными компонентами угля,древесины,мазута явл:

Углерод,водород,кислород,сера,азот, а также некоторые Ме в виде оксидов

Природный газ перед использованием очищают от содерж в нем соединений серы,чтобы предотвратить коррозию трубопровода.

Кол-во серосодерж соединений в топливе зависит от места его добычи и от типа топлива.Содерж колеблется от долей % до 5%

В мазуте сера предст в виде органич соединений,а в угле пополам(орг в-во+неорг сера) представленная в виде перита FeS2 и MgS

Сжигание топлива происх при температуре 1400-1800 С в присут воздуха.

При сжигании топлива происх окисление соединений водорода и углерода,сопровождающиеся выделением энергии

C+O2=CO2 +94,0 ккал\моль

H2+0.5 O2=H2O +68,3 ккал\моль

Если кол-во О2 недостат для полного окисления углерода,то С+0,5О2 =СО 24,ккал\моль

Часть СО2+С=2СО -410 ккал\моль

При недостатке кислорода может может выделяться большое кол-во оксида углерода 9СЩ) по сравнению с полным сгоранием кол-во выдел тепла уменьшается

Сера

S+O2 =SO2 SO2 -катализ –SO3

Выбросы состоят из 1% SO2 и 99%SO3

При сжигании топлива содерж S в атм выделяется SO2 до 2 г\м3

В процессе горения выделяется NO, источником его образ явл частично азот,содержащийся в топливе,ост часть образ в рез-те реакций с атм азотом

Р-я Зельдовича N2+O2=2NO -42,3 ккал\моль

Чем выше температура,тем больше ускорение эндотермич р-ии

При температ более 600 С NO2 не образуется

Попадая в атм NO медленно превращается в NO2 путем слож фотохимич р-ий

Состав дымовых газов: 90-95% NO и 10-5%NO2

NO2- 2 класс опасности NO-3 класс

При горении прир газа не содержащего серы и азота оксиды азота образ лишь в рез-те реакций с участием атм азота

Колич-во оксидов серы в продуктах сгорания зависит только от содерж серы в топливе. Образ тверд частиц при горении зависит от содержания ТВ негорючих материалов в топливе и от полноты сгорания углерода

3,4-бензопирен C20H12-канцерогенное в-во,образ в рез-те пиролиза угля и углеводородных топлив при темпер более 600 С и обнаруж в сажах и дымовых газах.

ТЭЦ и котельные не создают превышения ПДК по этому в-ву,такие зоны обычно создаются консохимич.,нефтеперабат предприятия,а также автомобильным транспортом.

2) сульфатное производство целлюлозы

В котел загружают щепу и через мерники заливают белый щелок. В кач-ве актив компонента,который содержит смесь гидроксида и сульфида Na (NaOH+Na2S) содержимое нагревают до температуры 165-175 острым паром .Периодически из котла делают сдувку (выходят пары скипидара,пары воды,сероводорот)

Далее опорожнение котла,например снижают давление в варочном котле,либо сцеживают горячей выдувкой.Далее промывка целлюлозу на вакуум фильтрах,где от целлюлозы отбирается черный щелок (он дальше отправляется на регенерацию затрач на варку химикатов)

ROCH3 + Na2S = RONa +CH3SNa

CH3SNa+ ROCH3=CH3SCH3 +RONa

2CH3SNa +0,5 O2+H2O=CH3SSCH3+2NaOH

NaHS +ROCH3=CH3SH+RONa

Na2S-гидролиз-NaHS-H2S

R-лигнин

CH3SNa меркаптит Na

CH3SH (метилмеркаптан)обладает высокой летучестью CH3SH темп кипения 5,6 С

Если 1 м3 содержит 46*10(6) в-ва, то уже чувств запах. Все эти в-ва действуют на ЦНС.

3) сульфитное производство

Основное ЗВ – SO2

4) м/с предприятия

К основным источникам загрязнения атмосферного воздуха предприятиями машиностроительного комплекса относятся:

1. литейные цеха

2. гальванические

3. окрасочные

4. обработка деталей (механическая)

Обязательно котельная, водоочистка, обеспечение энергией.

Литейный цех (производство) - уменьшенный вариант металлургического производства, цель – получение отливок из чугуна и стали. Сырье – чугунный и стальной лом. Процесс плавления происходит в печах – вагранка или в электроплавильных печах (индукционные для чугуна; индукционные или электродуговые печи).

Вагранка –печь для плавления лома, водоохлаждаемый металл цилиндрический кожух внутри обложенный огнеупорным кирпичом. Внизу этой формы имеются спец. Устройства – фурмы; они расположены по периметру, в него подается воздух, в эти вагранки помещают шихту (лом чугуна или стали, потом туда засыпается кокс и известняк для удаления пустой породы). Известняк при повышении t разлагается на CO2, CaO , CaO взаимодействует с веществами пустой породы (кремнеземы) в результате образуются шлаки (алюмосиликаты, силикаты и т.д. )

При этом выделяется много CO при неполном сжигании, С = 4-20 г/м3. Воздух очень запыленный (пыль из окислых металлов) > 10 г/м 3. Кроме этого SO2 > 1,5 г/м3, оксиды азота 0,5 г/м3. Т= 160 – 600 на выходе.

Электроплавильные печи – цилиндр. емкости в стальной оболочке, в котором вставлены 3 графитовых электрода, на кот. подается ток, при выделении тепла сталь плавится. Выбросы по качественному составу аналогичны, Т газов = 1000 С.

Гальваническое производство – связано с нанесением покрытий на поверхность изделия.

Подготовка: 1. Механическая, которая связана с удалением поверхности деталей грязи, неровностей, царапин (Пескоструйная, гидрообразивная, шлифование), при этом выделяется пыль.

2. обработка в растворе – обезжиривание ( в бензине и др.) либо щелочная) очистка – это делается в опред. ваннах. В воздух идут пары растворителей, аэрозоли моющих средств, 100 мг/м3.

3. Химическое травление – производится в ваннах из кислотоупорного материала. Травление производят кислотами HCl, H2SO4, HF, HNO3, H3PO4 конц. От 15-20 %.

Травление – удаление ржавчины, улучшение свойств. Концентрация паров 10 мг/м3.

Нанесение покрытий – исп. растворы, помещенные в гальванических ваннах в качестве электролитов исп раствор соли (хромирование, медление Cu, Ni, Zn) в растворе серной кислоты. Через раствор барботирует воздух,t в ванне >= 50 C . Cr, Ni, Zn в виде аэрозолей поднимаются и удаляются вытяжкой. Для очистки выбросов используются фильтры.

5) автотранспорт

Повышена конц. бензопирена, оксидов азота. Двигатели внутр. сгорания исп. топливо – бензин и дизельное, кот. состоит из углеводородов. Бензин – смесь углеводородов разного строения фракций C4H12. Дизельное состоит из углеводородов с более высокой молекулярной массой. При сгорании этого топлива в атмосфере выделяется > 200 различных веществ.

Состав выхлопных газов:

N2 74-78 %

O2 до 8 % у бензина,

18 % -дизель.

H2O пар бенз – 5,5 %

дизель – 4 %

CO2 до 12 %

CO бензин до 10 %,

дизель до 0,5 %

оксиды азота бензин до 0,8 %

Дизель 0,5 %

углеводороды бензин до 3 %

дизель до 0, 5 %

альдегиды бензин до 0,2 %

дизель 0,009 %

сажа бензин 0,04 г/ м3

Дизель 1,0 г/ м3

Хим. состав выхлопных газов зависит от сжигаемого топлива и от режима работы двигателя. Нагр. В выбр. Бензинового двигателя содержит > CO, углеводородов, однако, < сажи.

Выбросы дизельных двигателей имеют характерный дым и запах (оксиды N2 и др.) Наиболее худший режим по выбросам оксида азота соотв. повышенный и средний режим скорости, а холостой ход приводит к выбросам CO и углеводородов. Выбросы SO2 обусловлены содержанием серы в топливе. По новым стандартам (евро-4) в бензине должно быть < бензола, а в дизельном меньше серы.

Биотопливо – 85 % этанола, 15 % бензина.

Распространено в Швеции, Бразилии. В качестве сырья исп. пшеница, но топливо экспортируется в Китай, в Россию нельзя – нет закона об обороте спиртосодержащих продуктов, большой налог на ввоз. В среднем на долю транспорт приходится 60 % общего загрязнения, поступающего в атмосферу, на промышленность 17 %, энергетика 14 %, все ост. 9 %. При оценке загрязнения атмосферы важен период времени, в течение которого загрязняющее в-во сохраняется в ней. τ = А/ Q, где τ – время прибывания ЗВ в атм. А – кол-во в-ва в атмосфере в ед массы. Q – скорость ывода в-ва из атмосферы в ед. массы на ед. времени.

Для исх. вещ-в

N2 10(6)-10(7) лет

O2 10³-10(4) лет

CO2 5-10 лет

H2 4-8 лет

CH4 4-7 лет

N2O 2,5 - 4 лет

O3 0,3 – 2 года

CO 0, 2 – 0,5 лет

NO2 8 – 11 суток

H2O до 10 суток (4 – 5)

SO4(2-) до 10 суток

NO до 9 суток

NH3 до 5 – 6 суток

NO3(-) до 5 суток

SO2 2 – 4 суток

H2S 0, 5 – 4 суток

Выводы: Вещества с большим временем пребывания могут накапливаться в атмосфере в относительно высокой концентрации по сравнению с теми, время пребывания, кот. меньше. Если τ большое, то у в-ва будет досаточно времени, чтобы хорошо перемещаться в атм., и, таким образом, наблюдается его высокое постоянство по всему земному шару. Если ТАо мало – высока вероятность только локального пребывания. ЗВ с коротким ТАО легко удаляются из атмосферы в процессе поглощения их растениями, водой, но наиболее частой причиной короткого времени пребывания газа в атм. Служит причина протекания хим. р-ций, например, наиболее реакционно-способной явл. OH.

Вещ-ва, у кот. низкие скорости реакций имеют большое время пребывания в атмосфере ( например N2O, CH4, фрионы )

Большинство ЗВ удаляются дождём => имеют время пребывания, соответствующему времени пребывания воды в атм-ре.