Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.
1. Звідки з'являються шкідливі речовини
2. Основні забруднюючі речовини
атмосфера забруднення сірка вуглець
Інтенсивний розвиток енергетики, промисловості і транспорту неминуче викликає зростання споживання вуглеводневого палива, що, в свою чергу, збільшує кількість продуктів його згоряння, що викидаються в атмосферу.
За даними багаторічного моніторингу, кількість викидів в атмосферу хімічних сполук, речовин і елементів продуктів згоряння палива подвоюється кожні 12-14 років, в зв'язку, з чим проблема забруднення атмосфери продуктами згоряння палива відноситься до однієї з глобальних проблем сучасності.
1.Откуда з'являються шкідливі речовини
Джерелами забруднення атмосфери димовими газами - продуктами згоряння є практично всі теплові двигуни і установки, що спалюють вуглеводневе паливо.
Атмосферне повітря, так необхідний для організації ланцюгової реакції окислення (процесу горіння) вуглеводневого палива, поставляє в зону горіння азот (близько 78 відсотків), кисень (близько 21 відсотка) і 15 інших хімічних речовин, сполук і елементів (до 1 відсотка).
Слід зазначити, що для спалювання одного кілограма вуглеводневого палива в зону горіння подається від 12-14 (для газоподібного палива) до 25 і більше (для твердого палива) кілограмів атмосферного повітря.
Тим часом в реакціях окислення бере участь тільки кисень повітря, а всі інші компоненти викидаються в повітряний басейн у вигляді екологічно небезпечних забруднювачів, переважаючими серед яких є оксиди і діоксиди азоту, звані «повітряними». В обсязі горіння все повітря нагрівається до температури згоряння, частина його окисляє компоненти палива, а надлишок у вигляді гарячих газів викидається в атмосферу, будучи причиною теплового забруднення і підвищеного виходу шкідливих «повітряних» компонентів у складі димових газів.
Вуглеводневе паливо, в свою чергу, постачає в зону горіння все хімічні речовини, сполуки та елементи, що містяться в його складі. Елементарний склад горючої частини вуглеводневого палива в основному однаковий, проте структура палива різна, а його хімічний склад включає домішки, характерні для місць видобутку (геологічні особливості місцевості) і технології отримання даного виду палива. Так, газоподібне паливо постачає в зону горіння вуглець і азотовмісні сполуки.
Рідке паливо, в залежності від виду і якості, додатково вносить в зону горіння сірку і елементи, що містяться в механічних домішках (ванадій, залізо, кальцій, натрій і ін.) І в присадках (магній, марганець, свинець і ін.). І, нарешті, тверде паливо поряд з вищевказаними елементами додає в зону горіння домішки, які можуть включати алюміній, титан, барій, фосфор, миш'як, сурму, кадмій, ртуть, селен, олово, нікель і інші елементи. Хімічні елементи, що поставляються в зону горіння паливом, прийнято називати «паливними». Паливні елементи перетворюються в хімічні похідні вже при температурах 600-700 ° С на початковому етапі горіння.
Крім того, для нагріву повітря, що не бере участі в процесах горіння, додатково витрачається вуглеводневе паливо, що призводить до збільшення виходу небезпечних «паливних» складових в викидаються в атмосферу продуктах згоряння.
Очевидно, що все знаходяться в паливі речовини, сполуки, елементи, що надійшли в зону горіння в складі повітря і палива, пройшовши певні перетворення в умовах високих температур, не зникають безслідно.
Велика (до 98 відсотків) їх частина осідає на поверхнях нагріву, а менша (близько 2 відсотків), - проходячи транзитом зону горіння, викидається в повітряний басейн в складі димових газів.
Дослідження димових газів паливоспалюючих установок показують, що в їх складі основними забруднювачами атмосферного повітря є оксиди вуглецю (до 50%), оксиди сірки (до 20 відсотків), оксиди азоту (до 6-8%), вуглеводні (до 5-20% ), сажа, оксиди і похідні мінеральних включень і домішок вуглеводневого палива.
У свою чергу, вихлопні і відпрацьовані гази теплових двигунів викидають в повітряний басейн більше 70 відсотків оксидів вуглецю та вуглеводнів (бензоли, формальдегіди, бенз (а) пірен), близько 55 відсотків оксидів азоту, до 5,5 відсотка води, а також сажу ( важкі метали), гар, кіптява і т.д.
Димові гази установок і двигунів містять десятки тисяч хімічних речовин, сполук і елементів, більше двохсот з яких є високотоксичними і отруйними. [3]
При виході в атмосферу викиди містять продукти реакцій у твердій, рідкій і газовій фазах. Зміни складу викидів після їх виходу можуть проявлятися у вигляді: осадження важких фракцій; розпаду на компоненти за масою і розмірами; хімічні реакції з компонентами повітря; взаємодії з повітряними течіями, хмарами, атмосферними опадами, сонячним випромінюванням різної частоти (фотохімічні реакції) і ін.
В результаті склад викидів може істотно змінитися, можуть утворитися нові компоненти, поведінку і властивості яких (зокрема, токсичність, активність, здатність до нових реакцій) можуть значно відрізнятися від вихідних. Не всі ці процеси в даний час вивчені досить повно, але по найбільш важливим є загальні уявлення, що стосуються газоподібних, рідких і твердих речовин.
Найбільший екологічний збиток атмосфері і навколишньому природному середовищу в цілому наносять такі речовини, як оксиди азоту та вуглецю, альдегіди, формальдегіди, бенз (а) пірен та інші ароматичні сполуки, які відносяться до отруйних речовин.
Крім того, при роботі будь-якої установки і двигуна викидається близько 1,0-2,0 відсотка споживаного палива, яке осідає на поверхнях (землі, води, дерев і т.п.) у вигляді незгорілих вуглеводнів, сажі, пилу і золи.
Димові гази мають неприємний запах і мають шкідливий, а часом смертельне вплив на організм людини, флору і фауну. Газове і теплове забруднення повітряного басейну сприяє утворенню кислотних дощів, задимлення атмосфери, змінює характер хмарності, що призводить до посилення парникового ефекту.
Гази енергетичних установок забруднюють повітря і територію (акваторію) в районах їх розташування. Значні викиди шкідливих компонентів в атмосферу відбуваються при запуску, прогріванні і зміні режимів роботи установок і двигунів.
Найбільшу небезпеку для людини і живих організмів представляють компоненти, що викликають ракові захворювання, це канцерогенні речовини, представлені в димових і вихлопних газах поліциклічні ароматичні вуглеводні (СХНY).
До числа володіють більшою канцерогенну активність, в першу чергу, слід віднести 3,4 бенз (а) пірен (С20Н12), який утворюється при порушенні організації процесу горіння. Найбільший вихід канцерогенних речовин, зокрема 3,4 бенз (а) пірену, спостерігається на нестаціонарних і перехідних режимах. [3]
2.Основні забруднюючі речовини
Діоксид сірки, або сірчистий ангідрид (сірчистий газ).
Найбільш широко поширене з'єднання сірки - сірчистий ангідрид (SO2) - безбарвний газ з різким запахом, приблизно вдвічі важчий за повітря, що утворюється при згоранні сірковмісних видів палива (в першу чергу вугілля і важких фракцій нафти).
Сірчистий газ особливо шкідливий для дерев, він призводить до хлорозу (пожовтіння або знебарвлення листя) і карликовості. У людини цей газ дратує верхні дихальні шляхи, так як легко розчиняється в слизу гортані і трахеї. Постійний вплив сірчистого газу може викликати захворювання дихальної системи, що нагадує бронхіт. Сам по собі цей газ не завдає істотного збитку здоров'ю населення, але в атмосфері реагує з водяною парою з утворенням вторинного забруднювача - сірчаної кислоти (Н2SО4). Краплі кислоти переносяться на значні відстані і, потрапляючи в легені, сильно їх руйнують. Найбільш небезпечна форма забруднення повітря спостерігається при реакції сірчистого ангідриду з виваженими частинками, що супроводжується утворенням солей сірчаної кислоти, які при диханні проникають в легені і там осідають.
Оксид вуглецю, або чадний газ
Дуже отруйний газ без кольору, запаху і смаку. Він утворюється при неповному згорянні деревини, викопного палива, при спалюванні твердих відходів і часткове анаеробному розкладанні органіки. Приблизно 50% чадного газу утворюється у зв'язку з діяльністю людини, в основному в результаті роботи двигунів внутрішнього згоряння автомобілів.
У закритому приміщенні (наприклад, в гаражі), наповненому чадним газом, знижується здатність гемоглобіну еритроцитів переносити кисень, через що у людини сповільнюються реакції, послаблюється сприйняття, з'являються головний біль, сонливість, нудота. Під впливом великої кількості чадного газу може статися непритомність, статися кома і навіть наступити смерть. [1]
Зважені частинки, що включають пил, сажу, пилок і спори рослин тощо. Сильно розрізняються за розмірами і складом. Вони можуть або безпосередньо міститися в повітряному середовищі, або бути укладені в крапельках, зважених в повітрі (аерозолі). В цілому за рік в атмосферу Землі надходить близько 100 млн. Т. Аерозолів антропогенного походження. Це приблизно в 100 разів менше, ніж кількість аерозолів природного походження - вулканічного попелу, кидає вітер вітром пилу і бризок морської води. Приблизно 50% часток антропогенного походження викидається в повітря через неповного згоряння палива на транспорті, заводах, фабриках і теплових електростанціях. За даними Всесвітньої організації охорони здоров'я, 70% населення, що живе в містах країн, що розвиваються, дихає сильно забрудненим повітрям, що містить безліч аерозолів.
Нерідко аерозолі бувають самої явною формою забруднення повітря, так як вони скорочують дальність видимості і залишають брудні сліди на забарвлених поверхнях, тканинах, рослинності та інших предметах. Більші частинки в основному уловлюються волосками і слизовою оболонкою носа і гортані, а потім виводяться назовні. Передбачається, що частинки розміром менше 10 мкм найбільш небезпечні для здоров'я людини; вони настільки малі, що проникають через захисні бар'єри організму в легені, пошкоджуючи тканини дихальних органів і сприяючи розвитку хронічних захворювань дихальної системи і раку. Інші типи аерозольного забруднення ускладнюють протікання бронхітів і астми і викликають алергічні реакції. Накопичення певної кількості дрібних частинок в організмі утруднює дихання через закупорки капілярів і постійного роздратування органів дихання. [1]
Леткі органічні сполуки (ЛОС)
Це отруйні пари в атмосфері. Вони є джерелом безлічі проблем, в тому числі мутацій, порушень дихання і ракових захворювань, і, крім того, грають головну роль при утворенні фотохімічних окислювачів. Антропогенні джерела викидають в атмосферу безліч отруйних синтетичних органічних речовин, наприклад, бензол, хлороформ, формальдегід, феноли, толуол, трихлоретан і вінілхлорид. Основна частина цих з'єднань надходить в повітря при неповному згорянні вуглеводнів автомобільного палива, на теплоелектростанціях, хімічних і нафтопереробних заводах. [1]
Оксиди азоту NOx
Оксид (NO) і діоксид (NO2) азоту утворюються при згорянні палива при дуже високих температурах (вище 650о С) і надлишку кисню. Надалі в атмосфері оксид азоту окислюється до газоподібного діоксиду червоно-бурого кольору, який добре помітний в атмосфері більшості великих міст. Основними джерелами діоксиду азоту в містах є вихлопні гази автомобілів і викиди теплоелектростанцій (причому використовують не тільки викопні види палива). Крім того, діоксид азоту утворюється при спалюванні твердих відходів, так як цей процес відбувається при високих температурах горіння. Також NO2 грає не останню роль при утворенні фотохімічного смогу в приземному шарі атмосфери. [2]
У значних концентраціях діоксид азоту має різкий солодкуватий запах. На відміну від сірчистого ангідриду, він дратує нижній відділ дихальної системи, особливо легеневу тканину, погіршуючи тим самим стан людей, які страждають на астму, хронічні бронхіти і емфіземою легенів. Діоксид азоту підвищує схильність до гострих респіраторних захворювань, наприклад пневмонії. [1]
При розчиненні оксидів азоту в воді утворюються кислоти, які є однією з головних причин випадання так званих «кислих» дощів, що приводять до загибелі лісів. Освіта в приземному шарі озону також є одним із наслідків наявності в ньому оксидів азоту. У стратосфері закис азоту ініціює ланцюжок реакцій, що призводять до руйнування озонового шару, що захищає нас від впливу ультрафіолетового випромінювання Сонця. [2]
Озон утворюється при розщепленні або молекули кисню (О2) або діоксиду азоту (NО2) з утворенням атомарного кисню (О), який потім приєднується до іншої молекули кисню. У цьому процесі беруть участь вуглеводні, що зв'язують молекулу оксиду азоту з іншими речовинами. Хоча в стратосфері озон відіграє важливу роль як захисний екран, який поглинає короткохвильову ультрафіолетову радіацію, в тропосфері він як сильний окислювач руйнує рослини, будівельні матеріали, гуму і пластмасу. Озон має характерний запах, службовець ознакою фотохімічного смогу. Вдихання його людиною викликає кашель, біль у грудях, прискорене дихання і подразнення очей, носової порожнини і гортані. Вплив озону призводить також до погіршення стану хворих на хронічні астму, бронхіти, емфізему легенів і що страждають серцево-судинними захворюваннями. [1]
Двоокис вуглецю СО2
Неотруйний газ. Але збільшення концентрації техногенного вуглекислого газу в атмосфері є однією з головних причин спостерігається потепління клімату, що пов'язано з парниковим ефектом цього газу.
Одним з перспективних напрямків щодо зниження газового і теплового забруднення повітряного басейну є усунення причин виникнення шкідливих викидів шляхом активного впливу на процеси їх утворення. Або, кажучи іншими словами, якісне і кількісне зміна механізмів формування небезпечних забруднювачів повітряного басейну. Як було зазначено вище, джерелами шкідливих викидів є похідні хімічних речовин, сполук і елементів, що містяться як в атмосферному повітрі, так і в викопному паливі. У зв'язку з цим якісне і кількісне зниження небезпечних елементів, речовин і з'єднань в димових газах може бути досягнуто, по-перше, шляхом зменшення кількості шкідливих складових у вихідних паливі та повітрі, що беруть участь в процесі горіння. По-друге, подачею в зону горіння мінімально можливої кількості повітря з атмосфери з температурою підігріву, при якій кількість кисню в його складі найбільше.
1. Даценко І.І. Повітряне середовище і здоров'я. Львів, 1981.
2. Пінігін М.А. Охорона атмосферного повітря. М. 1 989.
Розміщено на Allbest.ru