На головну

Забруднення атмосфери

  1.  Антропогенне забруднення атмосфери і її охорона
  2.  біологічне забруднення
  3.  Гідросфера та її забруднення
  4.  Найголовніші джерела забруднення атмосфери
  5.  Глобальне забруднення Світового океану
  6.  Глобальне забруднення навколишнього середовища
  7.  Тиск атмосфери.

Структура і склад атмосфери.

атмосфера - Газова оболонка землі. Її маса близько 5,9 • 1015 т. Вона має шарувату будову і складається з декількох сфер, між якими розташовуються перехідні шари - паузи. У сферах змінюється кількість повітря і температура.

Найбільш щільний шар повітря, що прилягає до земної поверхні, носить назвутропосфери. Протяжність її по висоті в середніх широтах становить 10-12 км над рівнем моря, на полюсах - 7-10, над екватором - 16-18 км. У тропосфері зосереджено понад 4/5 маси земної атмосфери. З огляду на нерівномірність нагрівання земної поверхні в ній утворюються потужні вертикальні потоки повітря, відзначаються нестійкість температури, відносної вологості, тиску і т. Д. Температура повітря в тропосфері по висоті зменшується на 0,6 ° на кожні 100 м і коливається від 40 до - 50 ° С.

Вище тропосфери знаходитьсястратосфера. Між ними розташованатро-попауза. Стратосфера має протяжність близько 40 км. Повітря в ній розріджене, вологість невисока. Температура повітря від кордону тропосфери до висоти 30 км постійна (близько -50 ° С), а потім починає підвищуватися і на висоті 50 км досягнень-Гаета 10 ° С. У стратосфері під впливом космічного випромінювання і коротковол-нової частини ультрафіолетового випромінювання Сонця молекули повітря іонізуються, в результаті чого утворюється озон. Озоновий шар знаходиться на висоті 25-40 км.

Стратопауза відокремлює стратосферу від лежачої вище мезосфери. Вище мезосфери розташована термосфера (або іоносфера), між якими є мезопауза. Для термосфери характерне безперервне підвищення температури зі збільшенням висоти. На висоті 200 км - 500 ° С, а на висоті 500-600 км перевищує 1500 ° С. У термосфере гази дуже розріджені. Молекули їх рухаються з великою швидкістю, але рідко стикаються між собою і тому не можуть викликати навіть невеликого нагрівання знаходиться тут тіла.

Під дією сонячного лікування в атмосфері протікає безліч реакцій, в яких беруть участь кисень, озон, азот, оксид азоту, пари води, діоксид вуглецю. Іонізація відбувається в основному на висоті 70-80 км. При цьому відзначаються негативні і позитивні іони.

Атмосфера складається в основному з кисню та азоту. На висоті 110-120 км кисень майже весь стає атомарним. Передбачається, що вище 400-500 км і азот знаходиться в атомарному стані. Киснево-азотний склад зберігається приблизно до висоти 400-600 км.

 
 


Вище 600 км в атмосфері починає виявляти перевагу гелій. Гелієва корона Землі простягається приблизно до висоти 1600 км, а вище 2000-3000 км переважає водень.

Структура атмосфери і зміна температури по висоті представлені на наступному малюнку. В екології прийнято зазвичай розглядати два нижніх шари: тропосферу і стратосферу. Крім того існує поняття "приземного шару" атмосфери висотою 2 м над поверхнею суші.

атмосфера є основною складовою біосфери, схильною до технічного впливу. З атмосфери забруднення переходить на літосферу, на водну поверхню і на біоту.

Для характеристики складу атмосфери і її забруднення використовується поняття концентрації "С" (мг / м3 або% об).

Чистий природний повітря має наступний склад (у% об): азот 78,8%; кисень 20,95%; аргон 0,93%; СО2 0,03%; інші гази 0,01%. Вважається, що таким складом повинен відповідати повітря на висоті 1 м над поверхнею океану далеко від берегів.

Класифікація джерел забруднення атмосфери.

Як і для всіх інших складових біосфери, для атмосфери існують два головних джерела забруднення: природний і антропогенний (штучний). Вся класифікація джерел забруднення може бути представлена ??за вищенаведеною структурній схемі.

Промисловість, транспорт, енергетика - основні джерела забруднення повітряного басейну. За характером впливу на біосферу забруднювачі атмосфери можна розділити на 3 групи:

1. Що впливають на глобальне потепління клімату.

2. Руйнують біоту.

3. Руйнують озоновий шар.

Короткі характеристики деяких забруднювачів атмосфери.

До забруднювачів першої групи слід віднести СО2, Закис азоту, метан, фреони. У створення "парникового ефекту" головний внесок вносить вуглекислий газ, концентрація якого щорічно зростає на 0,4%. У порівнянні з серединою XIX століття вміст СО2 зросла на 25%, закису азоту на 19%.

Фреони - хімічні сполуки, не властиві атмосфері, що використовуються в якості холодоагентів - винні на 25% в створенні парникового ефекту в 80-і роки. Розрахунки показують, що незважаючи на Монреальському угоду 1987 року про обмеження використання фреонів, до 2040 р концентрація основних фреонів істотно зросте (хлорфторуглерода 11 на 77%, хлорфторуглерода 12 на 66%), що призведе до посилення парникового ефекту на 20%. Зростання вмісту метану в атмосфері відбулося незначно, однак питома внесок цього газу приблизно в 25 разів вище, ніж вуглекислого газу. Якщо не припинити надходження в атмосферу "парникових" газів, середньорічні температури на Землі до кінця XXI століття піднімуться в середньому на 2,5?5 ° С. Необхідно: скоротити спалювання вуглеводневого палива і зведення лісів. Останнє небезпечно, крім того, що призведе до збільшення вуглецю в атмосфері, також викличе зниження асиміляційної здатності біосфери. (В останнє десятиліття ХХ століття щорічно недопоглощено СО2 з атмосфери 1 млрд. т.) Очікується, що до 2010 року приріст викидів вуглецю в атмосферу за 20 років складе 50?70.

До забруднювачів другої групи слід віднести двоокис сірки, зважені тверді частинки, озон, оксид вуглецю, оксид азоту, вуглеводні.

З цих речовин в газоподібному стані найбільшої шкоди біосфері завдають двоокис сірки і оксиди азоту, які в процесі хімічних реакцій перетворюються в дрібні кристали солей сірчаної та азотної кислоти. Найбільш гострою є проблема забруднення атмосфери серосодержащими речовинами. Діоксид сірки діє шкідливо на рослини. Поступаючи всередину листа при диханні, SO2 пригнічує життєдіяльність клітин. При цьому листя рослин спочатку покриваються бурими плямами, а потім засихають.

Діоксид сірки і інші її сполуки подразнюють слизову оболонку очей і дихальні шляхи. Тривала дія малих концентрацій SO2 веде до виникнення хронічного гастриту, гепатопатии, бронхіту, ларингіту та інших хвороб. Є відомості про зв'язок між вмістом SO2 в повітрі і рівнем смертності від раку легенів.

В атмосфері SO2 окислюється до SO3. Окислення відбувається каталітично під впливом слідів металів, головним чином марганцю. Крім того, газоподібний і розчинений у воді SO2 може окислюватися озоном або пероксидом водню. З'єднуючись з водою, SO3 утворює сірчану кислоту, яка з металами, наявними в атмосфері, утворює сульфати. Біологічна дія кислих сульфатів при рівності концентрацій більш виражено в порівнянні з SO2.

Діоксид сірки існує в атмосфері від декількох годин до декількох днів в залежності від вологості і інших умов.

Взагалі аерозолі солей та кислот проникають в чутливі тканини легенів, спустошують ліси і озера, знижують урожай, руйнують будівлі, архітектурні та археологічні пам'ятки. Зважені тверді частинки становлять небезпеку для здоров'я населення, що перевершує небезпека кислотних аерозолів. В основному це небезпека великих міст. Особливо шкідливі тверді речовини містяться в вихлопних газах дизелів і двотактних бензинових двигунів. Більшість твердих частинок в повітрі промислового походження в розвинених країнах успішно уловлюються всілякими технічними засобами, основні з яких будуть розглянуті далі.

Озон в приземному шарі з'являється в результаті взаємодії вуглеводнів, що утворюються при неповному згорянні палива в автомобільних двигунах і виділяються при багатьох виробничих процесах, з оксидами азоту. Це один з найбільш небезпечних забруднювачів, що вражають органи дихання. Він найбільш інтенсивний в жарку погоду.

Окис вуглецю, оксиди азоту і вуглеводні в основному надходять в атмосферу з вихлопними газами автомобілів. Всі перераховані хімічні сполуки надають руйнівну дію на екосистеми при концентраціях навіть нижчих, ніж допустимі для людини: закісляет водні басейни, вбиваючи в них живі організми, гублять лісу, знижують врожаї сільськогосподарських культур (особливо небезпечний озон). Дослідження в США показали, що сучасні концентрації озону знижують урожай сорго і кукурудзи на 1%, бавовни і соєвих бобів - на 7%, люцерни - більш ніж на 30%.

З забруднювачів руйнують стратосферний озоновий шар слід зазначити фреони, азотні сполуки, вихлопи надзвукових літаків і ракет.

Кількість озону в атмосфері невелика (2 • 10-6% За обсягом), але він грає важливу роль в запобіганні земної поверхні від ультрафіолетової частини сонячного спектра. Руйнування озонового шару відбувається в результаті окислення озоном різних речовин, у тому числі продуктів згоряння палива літаків і ракет. Це загрожує збільшенням дози ультрафіолетового випромінювання, що досягає земної поверхні. За деякими даними, руйнування озонового шару на 50% спричинить за собою збільшення дози ультрафіолетового опромінення в 10 разів.

Процес виснаження озонового шару спостерігається з початку 70-х рр. і останнім часом отримав назву виникненняозонових дір. Якщо сконцентрувати весь озон в умовному суцільному шарі, то його товщина не перевищить 3 мм. Вміст озону максимально в приполярних областях, мінімально - поблизу екватора.

Дослідження причин скорочення вмісту озону в атмосфері показало, що головна з них - висока концентрація в атмосфері монооксиду хлору, причому спостерігається чітка кореляція між вмістом монооксиду хлору і зниженням вмісту кисню.

Основним джерелом хлору в атмосфері вважаютьсяфреони - Фторхлороуглеводороди, широко використовувані в якості холодильних агентів. Вони використовуються не тільки в холодильних установках, а й в численних побутових аерозольних балонах з фарбами, лаками, інсектицидами. Молекули фреонів відрізняються стійкістю і здатні практично без змін переноситися з атмосферними масами на величезні відстані. На висотах 15-25 км (зона максимального вмісту озону) вони піддаються впливу ультрафіолетових променів і розпадаються з утворенням атомарного хлору.

Встановлено, що за останнє десятиліття втрати озонового шару склали 12-15% в полярних і 4-8% в середніх широтах. У 1992 році були встановлені приголомшливі результати: на широті Москви виявлені ділянки з втратою озонового шару до 45%. Вже зараз через посилення ультрафіолетової інсоляції спостерігається зниження врожаїв в Австралії і Новій Зеландії, збільшення захворювань на рак шкіри.

Техногенні речовини біосфери, що роблять шкідливий вплив на біоту класифікуються наступним чином (наводиться загальна класифікація, справедлива не тільки для газоподібних речовин).

За ступенем небезпеки всі шкідливі речовини розділені на чотири класи:

I - надзвичайно небезпечні речовини;

II - високо небезпечні речовини;

III - помірно небезпечні речовини;

IV - малонебезпечні речовини - див. Таблицю.

Для того, щоб віднести речовину до того чи іншого класу небезпеки треба скористатися даними наступної таблиці.

Класифікація шкідливих речовин

 показник  Норма для класу небезпеки
I  II  III  IV
 а) Гранично допустима концентрація (ГДК) шкідливих речовин в повітрі робочої зони, мг / м3  менше 0,1  0,1?1,0  1,1?10  більше 10
 б) Середня смертельна доза при введенні в шлунок (ССДЖ), мг / кг  менше 15  15?150  151?5000  більше 5000
 в) Середня смертельна доза при нанесенні на шкіру (ССДК), мг / кг  менше 100  100?500  501?2500  більше 2500
 г) Середня смертельна концентрація в повітрі (ССКВ), мг / м3  менше 500  500?5000  5001?50000  більше 50000
 д) Коефіцієнт можливості інгаляційного отруєння (PIA) надає  більше 300  300?30  29?3  менше 3
 е) зона гострої дії (ЗОД)  менше 6  6?18  18?54  більше 54
 ж) зона хронічної дії (ЗХД)  більше 10,0  10,0?5,0  4,9?2,5  менше 2,5

Віднесення шкідливої ??речовини до класу небезпеки виробляють за показником, значення якого відповідає найбільш високому класу небезпеки.

Тут: а) - концентрація, яка при щоденній (крім вихідних днів) роботі протягом 8 год, або інший тривалості, але не більше 41 годин на тиждень, протягом усього робочого стажу не можуть викликати захворювань або відхилень у стані здоров'я, які виявляються сучасними методами досліджень в процесі роботи або у віддалені терміни життя теперішнього і наступного поколінь;

б) - доза речовини, що викликає загибель 50% тварин при одноразовому введенні в шлунок;

в) - доза речовини, що викликає загибель 50% тварин при одноразовому нанесенні на шкіру;

г) - концентрація речовини в повітрі, що викликає загибель 50% тварин при двох-чотирьох годинному інгаляційному впливі;

д) - відношення максимально допустимої концентрації шкідливої ??речовини в повітрі при 20 ° С до середньої смертельної концентрації для мишей;

е) - відношення середньої смертельної концентрації шкідливої ??речовини до мінімальної (порогової) концентрації, що викликає зміна біологічних показників на рівні цілісного організму, що виходять за межі пристосувальних фізіологічних реакцій;

ж) - Відношення мінімальної (порогової) концентрації, що викликає зміна біологічних показників на рівні цілісного організму, що виходять за межі пристосувальних фізіологічних реакцій, до мінімальної (порогової) концентрації, що викликає шкідливу дію в хронічному експерименті по 4 ч, 5 разів на тиждень на протязі не менше 4-х місяців.

Небезпека забруднюючих атмосферу речовин для здоров'я людини, залежить не тільки від їх вмісту в повітрі, а й від класу небезпеки. Для порівняльної оцінки атмосфери міст, районів з урахуванням класу небезпеки забруднюючих речовин використовується індекс забруднення атмосфери. Ступінь забруднення атмосфери одним речовиною виражається через одиничний індекс забрудненості (Ji).

 , Де Cic - Середня концентрація i-го речовини в атмосфері (на основі реєстрації спостережень);

ГДКi - Середньодобова гранично допустима концентрація i-го речовини;

Ki - Безрозмірна константа приведення ступеня шкідливості i-го речовини до шкідливості сірчистого газу.

Значення константи Ki в залежності від класу небезпеки речовини приймаються з таблиці.

 клас небезпеки Ki
I  1,7
 II  1,3
 III  1,0
 IV  0,9

забруднення атмосфери декількома речовинами оцінюється комплексним індексом (сумарним) (J?):

 , Де m - число шкідливих речовин, що враховуються при оцінці забруднення атмосфери.

Одиничний і комплексний індекси забруднення атмосфери можуть розраховуватися для різних часових інтервалів - за місяць, рік. При цьому в розрахунках використовуються середньомісячна і середньорічна концентрація забруднюючих речовин.

Для тих забруднюючих речовин, для яких не встановлені ГДК, встановлюється орієнтовно безпечні рівні впливу (взуття). Як правило, це пояснюється тим, що не накопичений досвід їх застосування, достатній для судження про віддалені наслідки впливу їх на населення. Якщо в технологічних процесах виділяється і надходить в повітряне середовище речовини, на які немає затверджених ГДК або ОБРВ, підприємства зобов'язані звертатися до територіальних органів Мінприроди для встановлення часових нормативів. Крім того, для деяких речовин, що забруднюють повітря від випадку до випадку, встановлені тільки разові ГДК (наприклад, для формаліну).

Для деяких важких металів нормуються не тільки середньодобове утримання в атмосферному повітрі (ГДКсс), Але і гранично допустима концентрація при разових вимірах (ГДКрз) В повітрі робочої зони (наприклад, для свинцю -ПДКсс= 0,0003 мг / м3, А ГДКрз= 0,01 мг / м3 ).

Нормуються також допустимі концентрації пилу і пестицидів в атмосферному повітрі. Так, для пилу, що містять діоксид кремнію, ГДК залежить від вмісту в ній вільної SiO2 при зміні змісту SiO2 від 70% до 10% ГДК змінюється від 1 мг / м3 до 4,0 мг / м3.

Деякі речовини мають односпрямованим шкідливим впливом, яке називається ефектом сумації (Наприклад, ацетон, акролеїн, фталевий ангідрид -1 група).

Для кожної групи цих речовин використовуються поняття наведеної концентрації (С'пр ), Т. Е концентрація всіх речовин наводиться до значення концентрації одного з них (С1):

 мг / м3, Де С2... Зn - Концентрації речовин, що наводяться до концентрації речовини С1;

ГДК1... ГДКn - Гранично допустимі концентрації речовин, що входять в одну групу з ефектом сумації.

Іноді для речовин, що володіють ефектом сумації, використовується інша нормативна характеристика - безрозмірна (відносна) сумарна концентрація - q:

.

Ця величина (закон Лешательє) повинна бути менше або в крайньому випадку дорівнює 1 (q?1).

Антропогенні забруднення атмосфери можна характеризувати по тривалості присутності в атмосфері, по швидкості зростання їх змісту, по масштабу впливу, по характером впливу.

Тривалість присутності одних і тих же речовин різна в тропосфері і стратосфері. так, CO2 присутній в тропосфері 4 роки, а в стратосфері - 2 роки, озон - 30-40 діб в тропосфері, і 2 роки в стратосфері, А окис азоту - 150 років (і там, і там).

Різна швидкість накопичення забруднень у атмосфері (ймовірно, пов'язана з утилізаційної здатністю біосфери). Так вміст CO2 зростає по 0,4% на рік, а окислів азоту - по 0,2% на рік.

Основні принципи гігієнічного
 нормування атмосферних забруднювачів.

В основі гігієнічного нормування атмосферних забруднень лежать наступні критерії шкідливості атмосферних забруднень:

1. Припустимою може бути визнана тільки така концентрація того чи іншого речовини в атмосферному повітрі, яка не робить на людину прямого або непрямого шкідливого і неприємного дії, не знижує його працездатності, не впливає на самопочуття і настрій.

2. Звикання до шкідливих речовин має розглядатися як несприятливий момент і доказ неприпустимості досліджуваної концентрації.

3. Неприпустимі такі концентрації шкідливих речовин, які несприятливо впливають на рослинність, клімат місцевості, прозорість атмосфери і побутові умови життя населення.

Вирішення питання про допустимому вмісті атмосферних забруднень ґрунтується на поданні про наявність порогів в дії забруднень.

При науковому обґрунтуванні ГДК шкідливих речовин в атмосферному повітрі використовують принцип лімітує показника (Нормування по найбільш вразливому показником). Так, якщо запах, відчувається при концентраціях, що не роблять шкідливого впливу на організм людини і навколишнє середовище, нормування здійснюють з урахуванням порога нюху. Якщо речовина надає на навколишнє середовище шкідливу дію в менших концентраціях, то при гігієнічному нормуванні враховують поріг дії цієї речовини на зовнішнє середовище.

Для речовин, що забруднюють атмосферне повітря, в Росії встановлені два нормативи: разова і середньодобова ГДК.

Максимальна разова ГДК встановлюється для попередження рефлекторних реакцій у людини (відчуття запаху, зміна біоелектричної активності мозку, світлової чутливості очей і ін.) при короткочасному (до 20 хвилин) впливі атмосферних забруднень, а середньодобова - з метою попередження їх резорбтивного (общетоксічние, мутагенного, канцерогенного та ін .) впливів.

Контроль забруднень атмосфери.

Для дистанційного (неконтактного) глобального контролю забруднень і складу атмосфери застосовуються методи радіолокаційного, акустичного і лідарного (лазерного) зондування. Це досить складні і дорогі установки. Для контролю повітря в приземному шарі в окремих точках планети зазвичай використовуються більш прості установки. Ми тут розглянемо тільки два принципи контролю складу повітря: оптико-акустичний і термохимический.

Відомо, що інтенсивність випромінювання (радіація) світла в інфрачервоному діапазоні змінюється за законом I?= I?0· e-??·cr·d, Де I?0 - Інтенсивність падаючої радіації; I? - Інтенсивність радіації, що пройшла через поглинаючий шар; ?? - Коефіцієнт поглинання інфрачервоної радіації певним газом; Зr - Концентрація цього газу; d - товщина поглинаючого шару.

Мабуть, знаючи ??, D і зміна радіації можна визначити концентрацію контрольованого газу - Зr. З інфрачервоних аналізаторів найбільшого поширення набули прилади з акустичним перетворювачем (оптико-акустичні перетворювачі).

 
 

На малюнку представлена ??схема найпростішого газоаналізатора з селективним лучепріемніком акустичного типу.

Газоаналізатор складається: з джерела інфрачервоного випромінювання 1; обтюратора 2; робочої камери 4; лучепріемніка 7; оптично прозорих для інфрачервоних променів вікон 3, 5, 6; мікрофона 8. Потік інфрачервоної радіації, що випромінюється джерелом і періодично переривався обтюратором з певною частотою, спочатку надходить в робочу камеру, через яку проходить анализируемая суміш, а потім в лучепріемнік, заповнений газом, концентрація якого визначається. Під дією переривчастого потоку інфрачервоної радіації газ в лучепріемніке буде періодично нагріватися і охолоджуватися і всередині лучепріемніка будуть виникати періодичні коливання температури газу ?T, що викликають коливання тиску величиною ?Р (на тому ж малюнку - частина "б"). Амплітуда цих коливань буде пропорційна концентрації аналізованого газу. (Чим більше концентрація, тим більша частина радіації поглинається в робочій камері, тим менше буде амплітуда коливань.

Розглянута схема оптоакустіческого газоаналізатора дає уявлення про сутність методу аналізу, але має низку недоліків, серед головних з яких невибірковість, а також залежність від параметрів суміші (температура, тиск, щільність і т. Д.). В реальних випадках використовують багатоканальні диференціальні оптичні схеми з пристроями підготовки та фільтрації газової суміші (як оптичної, так і механічної).

Іншим дуже перспективним в наш час є термохимический (термокаталітичний) метод контролю газових сумішей, застосовуваний для виявлення і вимірювання концентрацій горючих газів і парів повітря.

В основі цього методу лежить використання спеціальних чутливих елементів, що представляють собою мікроспіралей з мікродроту в термостійкої ізоляції, на якій сформовано кулька із??-окису алюмінію. Робочий чутливий елемент покритий зверху ще каталізатором на основі платино-паладіевой черні, порівняльний елемент цього покриття не має. Працює газоаналізатор наступним чином: зазвичай робочий і порівняльний елементи включаються в одну гілку бруківці електричної схеми, і поміщається в одну пористу реакційну камеру. Порівняльний елемент використовується для компенсації впливу неізмеряемих параметрів газової суміші. При підключенні до бруківці схемою певної напруги, під впливом викликаного струму спіраль нагрівається до певної величини, нагріваючи кульки із??-окису алюмінію. Анализируемая газова суміш потрапляє через пори реакційної камери в її внутрішню порожнину і, підходячи до кульок, починає процес беспламенного горіння на робочому чутливому елементі, в ході якого виділяється тепло, яке додатково розігріває спіраль робочого чутливого елемента. Матеріали мікродроту зазвичай використовуються з великим позитивним температурним коефіцієнтом опору (ТКС). Опір спіралі робочого елемента різко збільшується, і на діагоналі виходу мостової схеми з'являється напруга, пропорційне концентрації горючої складової в повітрі.

Такі схеми відрізняються великою надійністю, вибірковістю і простотою. Для виборчого визначення горючих компонентів газової суміші необхідно міняти температуру початкового нагріву спіралі.

 
 

 На наведеному нижче малюнку зображений чутливий елемент (частина малюнка "а") і загальна бруківка схема первинного перетворювача, термохімічного газоаналізатора (частина "б").

На цьому малюнку: 1 - платино-паладіевий каталізатор; 2 - g-окис алюмінію; 3 - мікроспіралей; РЧЕ - Робочий чутливий елемент; ЗЧЕ - Порівняльний чутливий елемент; R1 і R2 - Опору плечей відносини; Uпіт - напруга живлення; Uвих - Вихідний опір первинного перетворювача, пропорційна концентрації пального компонента, Р. К. - пориста реакційна камера.

Кількість шкідливих речовин, що виділяються з обладнання визначається за такими формулами:

а) Для устаткування що працює під тиском:

Gg= M · rн· V (кг / год), де rн - Щільність газу при робочому тиску і температурі, кг / м3; V - об'єм газової фази в обладнання, м3; m - показник (коефіцієнт) негерметичність, годину-1 (Є функцією тиску газової фази, види газової суміші, конструкції обладнання - береться з довідкових таблиць).

б) Для обладнання, що працює під розрідженням (винесення шкідливих речовин відбувається молекулярної дифузією назустріч потоку повітря):

Gp= F ·  · Co ·exp  (Г / с), де F - площа отворів в корпусах устаткування, м2;  - Швидкість, що входить через отвори повітря, м / с; а - довжина каналу, м; С - концентрація газу всередині обладнання, г / м3; D - коефіцієнт дифузії газу в повітрі, м2/ С.

Концентрація газової суміші при аваріях від точкового (розмір руйнувань малий, порівняно з відстанню від джерела) джерела, визначається за формулою:

 мг / м3, Де М - потужність викиду, мг / с; t - тривалість аварії, с; х - відстань від джерела аварії, м; А - константа (А = 0,11).

Захист атмосферного повітря
 від техногенних забруднень.

Способи захисту атмосфери мають свої особливості в енергетиці і промисловості і на транспорті.

В енергетиці і промисловості застосовують такі способи захисту біосферного повітря:

а) Перехід з одних видів вуглеводневого палива на інші.

б) Підвищення ефективності використання енергії сировини.

в) Освоєння альтернативних (безвуглецевої) джерел енергії.

г) Очищення викидів в атмосферу.

на транспорті -два, в основному, способу:

а) Установка нейтралізаторів (каталітичних), що дозволяють знизити викиди вуглеводнів до 87%, CO - до 85%, NOx - До 62%.

б) Розробка нових модифікацій двигунів (в якості замінників бензину і дизельного палива використовуються: етанол, метанол, природний газ, електроенергія, модернізують сам процес згоряння в двигуні).

Цей спосіб поки не особливо вдалий - модифікація здорожує вартість автомобіля, знижуючи його надійність, а застосування альтернативних палив, вирішуючи одні проблеми, створює нові (наприклад, застосування метанолу обмежує виділення озону, але збільшує в 2?5 раз викиди формальдегіду (канцерогенної речовини) і двоокису азоту - на 20-160%).

Очищення викидів в атмосферу.

Ступінь (коефіцієнт) очищення: ?  ??где З1 і С2 - Концентрація забруднювача до і після очищення, мг / м3.

Іноді ступінь очищення вимірюється у відсотках: ?%= ? · ???,%.

Ефективність очищення декількома ступенями визначається величиною сумарної ступеня очищення:

??%= [1- (1-?1) · (1-?2) · ... · (1-?n)] · 100,%. де ?1, ?2, ..., ?n -ступінь очищення повітря кожною сходинкою.

Знешкодження викидів в атмосферу може проводиться за двома напрямками:

1. Пиловловлювання і газоочищення (знешкодження газоподібних складових викидів).

2. Термічна і каталітичного спалювання.

пиловловлювання виробляється осадженням під дією сил тяжіння, інерційних або електростатичних сил, а так само промиванням і фільтруванням.

осадження під дією сил тяжкості проводиться зазвичай в гравітаційних пиловідокремлювачі (пилових камерах), які представляють собою різке збільшення в нижній частині перетину трубопроводу, по якому рухається газова суміш. У місці збільшення перетину швидкість повітряного потоку різко падає і частина пилу встигає під дією сил тяжіння осісти в нижній частині камери, з якої вона періодично віддаляється. Такі пристрої мають порівняно невелику ступінь очищення (h = 15?20%) і зазвичай застосовуються в якості 1-го ступеня очищення. пристрої для очищення за рахунок інерційних (Відцентрових) сил звуться циклонів. Схема циклону приведена на малюнку. В циклоні повітря зі швидкістю 20?25 м / с надходить всередину циліндричного корпусу по дотичній до окружності. Повітря рухається по спіралі від периферії до центру всередину, спускаючись по зовнішній спіралі. Потім повітря піднімається по внутрішній спіралі і виходить через випускну трубу.

 

Частинки пилу за рахунок відцентрових сил віджимаються на внутрішню бічну поверхню корпусу і сповзає вниз - в бункер, звідки періодично видаляється. В циклоні можна видалити досить дрібний пил (15?20 мкм). Чим більше розмір пилу, тим більше ступінь очищення. Ступінь очищення циклонів досягає 95%.

 
 

пристрої для очищення повітря, що викидається за рахунок електростатичних сил звуться електрофільтрів. Схема простого електрофільтру представляється на малюнку.

У електрофільтрі відбувається явище короніванія на електроді (світіння), при цьому повітря іонізується. Негативні іони (газу та пилу) рухаються від електрода до корпусу, віддаючи свій заряд корпусу. Пил осідає на внутрішній поверхні корпусу і сповзає вниз - в бункер, звідки вона періодично віддаляється. Крім того, в електрофільтрах (так само як і в циклонах) для інтенсифікації процесу сповзання пилу в бункер, по корпусу фільтра періодично постукують.

Застосовуються ще тканинні (найчастіше рукавні) і пористі фільтри.

До кращих способів очищення можна віднести скрубери і циклони-скрубери. В останніх, на відміну від простого циклону назустріч потоку повітря спрямовані форсунки, розбризкують дрібні бризки води або який-небудь рідини (наприклад вапняна вода). Частинки пилу змішуються з бризками води або рідини, що призводить до кращого їх віджимання на стінки циклону і сповзання (стеканию) в бункер. Причому, при використанні вапна з останньої вступає в реакцію SO3, Утворюючи гіпс - корисне будівельне речовина.

Термічне спалювання газоподібних викидів (наприклад, супутніх газів при нафтопереробці) часто ще знаходить місце в практиці, хоча це і не кращий спосіб позбавлення від шкідливих домішок. Каталітичне знешкодження викидів поки знаходить мале застосування, хоча в Австрії, Японії, ФРН на електростанціях таким шляхом вдається знижувати кількість оксидів азоту на 80-90%. Взагалі знешкодження від хімічно шкідливих газоподібних речовин повітря засноване на двох методах: адсорбції і абсорбції.

адсорбція - Це процес виборчого поглинання одного або декількох компонентів з газової або рідкої суміші поверхневим шаром іншої речовини - адсорбентом. В якості останніх використовують речовини, що володіють високою пористістю (активоване вугілля, селикагель, гопкаліт, алюмогель і молекулярні сита - цеоліти), іноді покриті тим чи іншим речовиною для реакцій з складовими газової суміші.

абсорбція - Поглинання речовини всім обсягом поглинає тіла. Як поглинач тут використовуються рідини.

Лекція 5

Тема:радіаційно ЕКОЛОГІЯ

Вступ

Радіоактивність в біосфері за своєю природою може бути підрозділена на природну і антропогенну.

Радіоактивність і супутнє їй іонізуюче випромінювання присутній у всесвіті з моменту її виникнення - «великого вибуху», що сталося близько 20 мільярдів років тому. Це, так зване, первинне космічне випромінювання представляє потік часток високих енергій і складається з протонів (90%) і a-частинок (ядра гелію - 10%).

Іншими джерелами первинного космічного випромінювання є зоряні вибухи і освіту наднових зірок.

Енергія космічного іонізуючого випромінювання дуже велика 1012-1014 МеВ (для порівняння в самому скоєному синхрофазотроні можна прискорювати частинки до енергій 105 МеВ). Взаємодіючи з ядром атомів повітря, талія частинки викликають вторинне космічне випромінювання, яке в свою чергу, здатне викликати ряд подальших перетворень.

Джерелом іонізуючих випромінювань на Землі є природні радіонукліди (різновиди атомів одного і того ж елемента з різною кількістю нейтронів), присутні в біосфері з моменту виникнення Землі і утворюються під впливом космічного випромінювання. До радіонуклідам відносяться тільки нестабільні ізотопи елементів, здатні до перетворення в інші елементи. Елементи з порядковим номером більше 82 утворюють радіоактивні сімейства - довгі ланцюжки радіонуклідів (в природі відомі три сімейства: урану U-238, торію Tr-232 і актинія Ac-235). Кінцевий продукт розпаду цих трьох сімейств - один із стабільних ізотопів свинцю (Pb).

Однак і інші хімічні елементи, від водню до свинцю, мають нестабільні ізотопи (радіонукліди). З нередкоземельних елементів тільки калій (К) бере участь у формуванні раціаціонного фону, але частка радіонуклідів в природному калії дуже мала (тільки 0,01%). У гірських земних породах зустрічається також ізотоп рубідію Rb-87 і члени двох сімейств, родоначальниками яких є уран 238 і торій 232. З космогенних радіонуклідів внесок в радіаційний фон вносять нукліди водню H-3 і вуглецю С-14.

Радіоактивний розпад і ядерні реакції в загальному випадку супроводжуються наступними видами випромінювань:

а) випромінюванням, що представляє потік ядер гелію - «a». випромінювання;

б) випромінюванням, що представляє потік електронів - «b»-випромінювання;

в) нейтронним випромінюванням;

г) фотонним випромінюванням ( «g»-випромінювання, гальмівне і рент-геновского).

Ці випромінювання володіють різною енергією і різною величиною прольоту в повітрі і біологічних тканинах. З цього випливає, що різні види випромінювань мають різну проникаючу здатність і різними іонізуючими властивостями щодо біологічних тканин.

Кількісною характеристикою радіонуклідів є активність, Яка характеризується числом розпадів за 1 сек, причому за одиницю активності прийнято Беккерель (Бк), дорівнює одному розпаду в секунду. Фактично, активність будь-якого зразка залежить від числа ядер в ньому і змінюється в міру розпаду. Час, за який распадаетсяполовіна ядерізотопу, називається періодом напіврозпаду (Т ?). Кількість енергії іонізуючого випромінювання, поглиненої одиницею маси опромінюється тіла, називається поглинутою дозою (Д) і вимірюється в Греях (Гр). Поглинена доза в 1Гр дорівнює енергії в 1 Дж, поглиненої масою в 1 кг.

Біологічний ефект від впливу іонізуючих випромінювань залежить не тільки від значення поглиненої дози, але і від виду випромінювань. Цей ефект найбільш адекватно характеризується щільністю іонізації, створюваної різними видами випромінювань. Вказані відмінності враховуються еквівалентною дозою Де, яка дорівнює добутку поглиненої дози Д на коефіцієнт якості випромінювання Док. За еталонне значення прийнята щільність іонізації, створювана вторинними електронами (при впливі «b» або «g» випромінювань), так як вона є мінімальною при одній і тій же поглиненої дози, у порівнянні з іншими видами іонізуючих випромінювань (Кдо,g = Додо,b = 1). Для змішаного випромінювання еквівалентна доза визначається шляхом підсумовування творів поглинених доз кожного виду випромінювання (Дi ) На відповідний їм коефіцієнт якості (Кк i ):

i = n

Дэ = A Дi Кдо,i

i = 1

За одиницю еквівалентної дози в системі СІ прийнятий Зіверт (Зв), Рівний поглиненої дози в 1 Гр для «g» і «b» -випромінювання.

Оцінка біологічного ефекту від впливу іонізуючих випромінювань за допомогою еквівалентної дози справедлива тільки при невеликих інтенсивностях опромінення (До 0,25 Зв). При опроміненні великими дозами поки не встановлений зв'язок між рівнем опромінення і біологічним ефектом. Еквівалентна доза характеризує ефект сумарного (за весь час) опромінення. Характеристикою ефективності впливу іонізуючого випромінювання на об'єкт є поняття потужності дози - Nд (Еквівалентної дози NЕД), Які визначаються як доза (еквівалентна), одержувана об'єктом в одиницю часу (Гр / с; Зв / с).

Для оцінки наслідків впливу іонізуючих випромінювань на людину необхідно враховувати відмінність у чутливості до випромінювання різних органів і тканин. Ця різниця враховується за допомогою коефіцієнтів радіаційного ризику -Кр (Див. Табл.1)

Таблиця 1




 Л Е К Ц І Я 1. |  При кожному об'єднанні підмножин в нове безліч виникає, принаймні, одне нова якість або властивість. |  З А Д А Ч І. |  Системний аналіз - це напрям наукового пізнання і соціальної практики, в основі якого лежить дослідження об'єкта як системи. |  С Т Р У К Т У Р А Ї Про Т Р А С Л І Ї К О Л О Г І Ї |  До Про Н Ц Е П Ц І І І П І Д Х О Д И. |  ОСНОВНІ ПРОБЛЕМИ. |  Л Е К Ц І Я 2. |  З НАДР ЗЕМЛІ. |  А. абіотичні фактори відповідно до структури біотопу поділяються на кліматичні, географічні, едафіческіе і гідрологічні. |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати