Как защищают воздух в атмосфере. Защита атмосферного воздуха от загрязнения

Во́здух естественная смесь газов, главным образом азота и кислорода, образующая земную атмосферу. Воздух необходим для нормального существования подавляющего числа наземных живых организмов: кислород, содержащийся в воздухе, в процессе дыхания поступает в клетки организма и используется в процессе окисления, в результате которого происходит выделение необходимой для жизни энергии (метаболизм, аэробы). В промышленности и в быту кислород воздуха используется для сжигания топлива с целью получения тепла и механической энергии в двигателях внутреннего сгорания. Из воздуха методом сжижения получают инертные газы. В соответствии с Федеральным Законом «Об охране атмосферного воздуха» под атмосферным воздухом понимается «жизненно важный компонент окружающей среды, представляющий собой естественную смесь газов атмосферы, находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений». Во́здух естественная смесь газов, главным образом азота и кислорода, образующая земную атмосферу. Воздух необходим для нормального существования подавляющего числа наземных живых организмов: кислород, содержащийся в воздухе, в процессе дыхания поступает в клетки организма и используется в процессе окисления, в результате которого происходит выделение необходимой для жизни энергии (метаболизм, аэробы). В промышленности и в быту кислород воздуха используется для сжигания топлива с целью получения тепла и механической энергии в двигателях внутреннего сгорания. Из воздуха методом сжижения получают инертные газы. В соответствии с Федеральным Законом «Об охране атмосферного воздуха» под атмосферным воздухом понимается «жизненно важный компонент окружающей среды, представляющий собой естественную смесь газов атмосферы, находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений».азотакислородаземную атмосферуживых организмовдыханияметаболизмаэробытопливадвигателях внутреннего сгоранияинертные газыазотакислородаземную атмосферуживых организмовдыханияметаболизмаэробытопливадвигателях внутреннего сгоранияинертные газы

Химический состав В 1754 году Джозеф Блэк экспериментально доказал, что воздух представляет собой смесь газов, а не однородное вещество.1754 годуДжозеф Блэк Состав воздуха: ВеществоОбозначениеПо объёму, %По массе, % АзотN2N2 78,08475,50 КислородO2O2 20,947623,15 АргонAr0,9341,292 Углекислый газCO 2 0,03140,046 НеонNe0,0014 МетанCH 4 0,00020, ГелийHe0, КриптонKr0,003 ВодородH2H2 0,000050,00008 КсенонXe0,00004

Главными источниками загрязнения атмосферы являются выбросы промышленных предприятий, а также процессы испарения и сжигания топлива (теплоэлектростанции, двигатели внутреннего сгорания и др.), лесные пожары. Загрязняющие воздух вещества в результате метеорологических процессов распространяются в атмосфере на значительные расстояния, что приводит к глобальному загрязнению воздуха нашей планеты. Сейчас уже нет принципиальной разницы в составе атмосферного воздуха сельских и промышленных регионов (разница лишь по количественному содержанию загрязнителей). Главными источниками загрязнения атмосферы являются выбросы промышленных предприятий, а также процессы испарения и сжигания топлива (теплоэлектростанции, двигатели внутреннего сгорания и др.), лесные пожары. Загрязняющие воздух вещества в результате метеорологических процессов распространяются в атмосфере на значительные расстояния, что приводит к глобальному загрязнению воздуха нашей планеты. Сейчас уже нет принципиальной разницы в составе атмосферного воздуха сельских и промышленных регионов (разница лишь по количественному содержанию загрязнителей).источниками загрязнения атмосферылесные пожарыисточниками загрязнения атмосферылесные пожары В этих условиях первостепенное значение приобретает проблема борьбы с загрязнением атмосферы, которая особенно остро стоит в промышленно развитых странах. Разумное использование природных ресурсов и охрана природы, создание государственных заповедников и национальных парков, увеличение количества зеленых насаждений, сокращение промышленных выбросов вредных химических веществ в атмосферу и развитие безотходной химической технологии вот основные пути решения экологических проблем, целью которых в конечном итоге является благо всего человечества. Однако решение подобного комплекса задач по охране атмосферного воздуха и других объектов окружающей среды невозможно без создания эффективной системы контроля качества воздуха. Необходимость разработки исчерпывающих методов для определения различных токсичных веществ в атмосфере является общепризнанной. В этих условиях первостепенное значение приобретает проблема борьбы с загрязнением атмосферы, которая особенно остро стоит в промышленно развитых странах. Разумное использование природных ресурсов и охрана природы, создание государственных заповедников и национальных парков, увеличение количества зеленых насаждений, сокращение промышленных выбросов вредных химических веществ в атмосферу и развитие безотходной химической технологии вот основные пути решения экологических проблем, целью которых в конечном итоге является благо всего человечества. Однако решение подобного комплекса задач по охране атмосферного воздуха и других объектов окружающей среды невозможно без создания эффективной системы контроля качества воздуха. Необходимость разработки исчерпывающих методов для определения различных токсичных веществ в атмосфере является общепризнанной.природных ресурсовбезотходнойэкологических проблемприродных ресурсовбезотходнойэкологических проблем

Защита окружающей среды от загрязнений одна из наиболее важных проблем современности. Попадая в воздух, воду и почву, токсичные химические вещества (промышленные яды) создают реальную угрозу существованию иа нашей планете человека, растений и животных. Развитие промышленности и транспорта, увеличение плотности населения, проникновение человека в стратосферу и космическое пространство, интенсификация сельскохозяйственного производства (применение ядохимикатов), транспортировка нефтепродуктов, захоронение опасных химических веществ на дне морей и океанов и продолжающиеся испытания ядерного оружия все это способствует глобальному и постоянно увеличивающемуся загрязнению окружающей человека природной среды обитания. Защита окружающей среды от загрязнений одна из наиболее важных проблем современности. Попадая в воздух, воду и почву, токсичные химические вещества (промышленные яды) создают реальную угрозу существованию иа нашей планете человека, растений и животных. Развитие промышленности и транспорта, увеличение плотности населения, проникновение человека в стратосферу и космическое пространство, интенсификация сельскохозяйственного производства (применение ядохимикатов), транспортировка нефтепродуктов, захоронение опасных химических веществ на дне морей и океанов и продолжающиеся испытания ядерного оружия все это способствует глобальному и постоянно увеличивающемуся загрязнению окружающей человека природной среды обитания. Защита окружающей средызагрязненийсреды обитания Защита окружающей средызагрязненийсреды обитания

Источники загрязнения многочисленны и разнообразны и по своей природе. Различают естественное и антропогенное загрязнение воздушной среды. Естественное загрязнение возникает, как правило, в результате природных процессов вне всякого влияния человека, а антропогенное - в результате деятельности людей.

Естественное загрязнение воздушной среды обусловлено поступлением в неё вулканического пепла, космической пыли (до 150-165 тыс. т. ежегодно), растительной пыльцы, морских солей и т.п. Основными источниками природной пыли являются пустыни, вулканы и оголенные участки земель.

К антропогенным источникам загрязнения атмосферного воздуха относятся энергетические установки, сжигающие ископаемое топливо, промышленные предприятия, транспорт, сельскохозяйственное производство. Из всего количества загрязняющих веществ, выброшенных в атмосферу, около 90% составляют газообразные вещества и около 10% - частицы, т.е. твердые или жидкие вещества.

Cуществуют три основных антропогенных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем, загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места.

В последнее десятилетие поступление загрязняющих веществ от отдельных отраслей производства и транспорта распределилось в порядке, приведенном в таблице :

Основные загрязняющие вещества

Загрязнение воздуха - результат выбросов загрязняющих веществ из различных источников. Причинно-следственные связи этого явления нужно искать в природе земной атмосферы. Так, загрязнения переносятся по воздуху от источников появления к местам их разрушающего воздействия; в атмосфере они могут претерпевать изменения, включая химические превращения одних загрязнений в другие, еще более опасные вещества.

Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие:

а) Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250 млн.т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

б) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд.

в) Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11 км. от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты.

г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы.

д) Оксиды азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители.

е) Соединения фтора. Фторсодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

ж) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты.

Последствия загрязнения

а) Парниковый эффект.

Климат Земли, который зависит главным образом от состояния ее атмосферы, на протяжении геологической истории периодически изменялся: чередовались эпохи значительного похолодания, когда большие территории покрывались ледниками, и эпохи потепления. Но в последнее время ученые метеорологи бьют тревогу: похоже на то, что атмосфера Земли разогревается значительно быстрее, чем когда-нибудь в прошлом. Это обусловлено деятельностью человека, которая, во-первых, разогревает атмосферу путем сжигания большого количества угля, нефти, газа, а также работы атомных электростанций. Во-вторых, и это главное, сжигание органического топлива, а также уничтожение лесов приводит к накоплению в атмосфере большого количества углекислого газа. За последние 120 лет содержание этого газа в воздухе увеличилось на 17%. В земной атмосфере углекислый газ действует как стекло в теплице или парнике: он свободно пропускает к поверхности Земли солнечные лучи, но удерживает тепло нагретой Солнцем поверхности Земли. Это вызывает разогревание атмосферы, известное как парниковый эффект. По подсчетам ученых, в ближайшие десятилетия среднегодовая температура на Земле за счет парникового эффекта может увеличиться на 1,5-2 С.

Проблема изменения климата в результате эмиссии парниковых газов должна рассматриваться как одна из самых важных современных проблем, связанных с долгосрочными воздействиями на окружающую среду, и рассматривать её нужно в совокупности с другими проблемами, вызванными антропогенными воздействиями на природу .

б) Кислотные дожди.

Окиси серы и азота, которые выбрасываются в атмосферу вследствие работы тепловых электростанций и автомобильных двигателей, соединяются с атмосферной влагой и образуют мелкие капельки серной и азотной кислот, которые переносятся ветрами в виде кислотного тумана и выпадают на землю кислотными дождями. Эти дожди крайне вредно действуют на окружающую среду:

снижается урожайность большинства сельскохозяйственных культур вследствие повреждения листвы кислотами;

вымывается из грунта кальций, калий, магний, который вызывает деградацию фауны и флоры;

гибнут леса;

отравляется вода озер и прудов, где гибнет рыба, исчезают насекомые;

исчезают водоплавающие птицы и животные, которые питаются насекомыми;

гибнут леса в горных районах, что вызывает селевые потоки;

ускоряется разрушение памятников архитектуры и жилищных зданий;

увеличивается количество заболеваний людей.

Фотохимический туман (смог) представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения.

Исследования ученых показывают, что смог возникает в результате сложных фотохимических реакций в воздухе, загрязненном углеводородами, пылью, сажей и окисями азота под влиянием солнечного света, повышенной температуры нижних слоев воздуха и большого количества озона. В сухом, загазованном и теплом воздухе возникает прозрачный синеватый туман, который неприятно пахнет, раздражает глаза, горло, вызывает удушье, бронхиальную астму, эмфизему легких. Листва на деревьях вянет, покрывается пятнами, желтеет.

Смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.

г) Озоновая дыра в атмосфере.

На высоте 20-50 км воздух одержит повышенное количество озона. Озон образуется в стратосфере за счет молекул обычного, двухатомного кислорода О2, который поглощает жесткое УФ излучение. В последнее время ученые чрезвычайно обеспокоены снижением содержания озона в озоновом слое атмосферы. Над Антарктидой обнаружена «дыра» в этом слое, где содержание его меньше обычного Озоновая дыра обусловила усиление УФ-фона в странах, размещенных в Южном полушарии, прежде всего в Новой Зеландии. Медики этой страны бьют тревогу, констатируя значительное повышение количества заболеваний, обусловленных увеличенным Уф-фоном, таких, как рак кожи и катаракта глаз.

Защита воздушной среды

Защита воздушной среды включает комплекс технических и административных мер, прямо или косвенно направленных на прекращение или по крайней мере уменьшение возрастающего загрязнения атмосферы, являющегося следствием промышленного развития.

Территориально-технологические проблемы включают как вопросы местоположения источников загрязнения атмосферы, так и ограничения или устранения ряда отрицательных эффектов. Поиск оптимальных решений по ограничению загрязнения атмосферы данным источником интенсифицировался параллельно с ростом уровня технических знаний и промышленным развитием, - разработан ряд специальных мер по защите воздушной среды.

Вы когда-нибудь задумывались о том, насколько важен в нашей жизни воздух?

Только представьте, что человеческая жизнь не может продолжаться без него более двух минут. Мы редко задумываемся над этим, воспринимая воздух как должное, тем не менее, существует реальная проблема - атмосфера Земли уже загрязнена довольно сильно. И пострадала она именно от рук человека. А это означает, что всё живое на планете находится в опасности, ведь мы постоянно вдыхаем в себя различные ядовитые вещества и примеси. Как защитить воздух от загрязнений?

Как люди и их деятельность влияют на состояние атмосферы?

Чем быстрее развивается современное общество, тем всё больше потребностей у него возникает. Людям нужно больше автомобилей, больше бытовой техники, много товаров для ежедневного использования, - этот список можно продолжить. Однако суть состоит в том, что для удовлетворения потребностей современных людей нужно постоянно что-то производить и строить.

Для этого стремительно вырубают леса, создают новые компании, открывают заводы и фабрики, которые ежедневно выбрасывают в атмосферу тонны химических отходов, копоти, газов, всевозможных вредных веществ. С каждым годом на дорогах появляются сотни тысяч новых автомобилей, каждый из которых вносит свою лепту в загрязнение атмосферы. Люди неразумно используют ресурсы, полезные ископаемые, иссушают реки, а все эти действия прямо или косвенно отражаются на состоянии атмосферы Земли.

Постепенно разрушающийся озоновый слой, призванный защищать всё живое от радиоактивного солнечного излучения, - свидетельство неразумной деятельности человека. Дальнейшее его истончение и разрушение приведёт к гибели как живых организмов, так и растительного мира. Как спасти планету от загрязнения атмосферы?

Каковы основные источники загрязнения атмосферного воздуха?

Современный автопром . В настоящее время на дорогах всех стран мира свыше 1 млрд автомобилей. В западных и европейских странах почти каждая семья имеет в своём распоряжении несколько автомобилей. Каждый из них - источник выхлопных газов, которые тоннами попадают в атмосферу. В Китае, Индии и России ситуация вроде бы пока не такая, но число автомобилей в СНГ по сравнением с 1991 годом, явно выросло в разы.

Фабрики и заводы . Конечно, без промышленности нельзя обойтись, однако не стоит забывать, что, получая необходимые нам товары, взамен мы расплачиваемся чистым воздухом. В скором времени человечеству нечем будет дышать, если фабрики и промышленные предприятия не научатся перерабатывать собственные отходы вместо того, чтобы выпускать их в атмосферу.

Продукты сгорания нефти и угля, потребляемых на теплоэлектростанциях, поднимаются в воздух, наполняя его очень вредными примесями. В дальнейшем токсические отходы выпадают вместе с осадками, питая химическими веществами почву. Из-за этого зелёные насаждения гибнут, а ведь они необходимы, чтобы поглощать углекислый газ и вырабатывать кислород. А как же мы без кислорода? Погибнем… Так что загрязнение воздуха и здоровье человека в прямой зависимости.
Меры по защите воздуха от загрязнения

Какие меры может предпринять человечество, чтобы прекратить загрязнять воздух на планете? Учёные уже давно знают ответ на этот вопрос, только на деле эти меры мало кто внедряет. Что же нужно делать?

1. Чиновники должны усилить контроль за организацией безопасной для природы и окружающей среды работы фабрик и промышленных предприятий. Нужно обязать владельцев всех заводов устанавливать очистные сооружения, чтобы свести к нулю вредные выбросы в атмосферу. За нарушение этих обязательств ввести наказание, возможно, в виде запрета на продолжение деятельности предприятий, которые продолжают загрязнять воздух.

2. Выпускать новые автомобили, которые работали бы только на экологически чистом топливе. Если прекратить производство машин, потребляющих в качестве топлива бензин и солярку, а заменить их электромобилями или машинами-гибридами, то у покупателей не останется выбора. Люди будут приобретать автомобили, не причиняющие вреда атмосфере. Со временем произойдёт полная замена старых авто на новые, экологически чистые, что принесёт огромную пользу нам самим, жителям планеты. Уже сейчас многие люди, живущие в странах европейского континента, делают выбор в пользу такого транспорта.

Число электромобилей в мире уже достигло 1.26 млн. По прогнозу Международной Энергетической Ассоциации, чтобы предупредить рост температуры из-за потепления более чем на 2 градуса, нужно увеличить численность электромобилей на дорогах до 150 млн к 2030 г. и 1 млрд к 2050 году при прочих имеющихся производственных показателях.

3. Экологи сходятся во мнении, что если прекратить работу устаревших теплоэлектростанций, ситуация стабилизируется. Однако вначале нужно найти и внедрить новые способы добычи энергетических ресурсов. Многие из них уже успешно используются. Люди научились превращать энергию солнца, воды и ветра в электричество. Альтернативные виды энергоресурсов не сопряжены с выделением опасных отходов во внешнюю среду, а значит, они помогут защитить воздух от загрязнения. В реальности же в Гонконге выработка более половины электроэнергии идет за счет теплоэлектростанций на угле, а потому доля выбросов углекислоты в последние годы выросла на 20%.

4. Чтобы экологическая ситуация стабилизировалась, нужно перестать уничтожать природные богатства - вырубать лесные массивы, осушать водоёмы и начать разумно использовать полезные ископаемые. Нужно постоянно увеличивать зелёные насаждения, чтобы они способствовали очищению воздуха и обогащению его кислородом.

5. Нужно повышать информированность населения. В частности информация о том как должна производиться защита воздуха от загрязнений для детей. Таким образом можно поменять подход множества людей к нынешнему состоянию ситуации.

Загрязнение воздуха порождает много новых проблем - увеличивается заболеваемость раком, сокращается продолжительность жизни людей, но это лишь верхушка айсберга. Настоящая беда в том, что испорченная экология грозит глобальным потеплением, а это приведёт к серьёзным природным катаклизмам в будущем. Уже сейчас протест нашей планеты против бездумной деятельности людей проявляется в виде наводнений, цунами, землетрясений и других природных явлений. Человечеству нужно всерьёз задуматься о том, чтобы защитить воздух от грязи.

Воздух – природная смесь газов

При слове «воздух» большинству из нас невольно приходит на ум, быть может, несколько наивное сопоставление: воздух – это то, чем дышат. Действительно, в этимологическом словаре русского языка указывается, что слово «воздух» заимствовано из церковно-славянского языка: «воздыхать». С точки зрения биологической, воздух, следовательно, является средой для поддержания жизни за счет кислорода. В составе воздуха могло бы и не быть кислорода – жизнь все равно развивалась бы в анаэробных формах. Но полное отсутствие воздуха, по-видимому, исключает, возможность существования каких бы то ни было организмов.

Для физиков воздух – прежде всего земная атмосфера и газовая оболочка, окружающая землю.

А что же представляет сам воздух с точки зрения химии?

Много сил, труда и терпения потребовалось ученым, чтобы раскрыть эту загадку природы, что воздух – не самостоятельное вещество, как считалось еще более 200 лет тому назад, а представляет сложную смесь газов. Впервые высказался о сложном составе воздуха ученый – художник Леонардо да Винчи (XV век).

Около 4 миллиардов лет назад атмосфера Земли состояла в основном из углекислого газа. Постепенно он растворялся в воде, реагировал с горными породами, образуя карбонаты и гидрокарбонаты кальция и магния. С появлением зеленых растений этот процесс стал протекать гораздо быстрее. К моменту появления человека углекислый газ, так необходимый растениям уже стал дефицитом. Его концентрация в воздухе до начала промышленной революции составляла всего 0,029%. В течение 1,5 млд лет содержание кислорода постепенно увеличивалось.

Химический состав воздуха

Впервые установил количественный состав воздухафранцузский ученый Антуан Лоран Лавуазье. По результатам своего известного 12-дневного опыта он сделал вывод, что весь воздух в целом состоит из кислорода, пригодного для дыхания и горения, и азота, неживого газа, в пропорциях 1/5 и 4/5 объема соответственно. Он нагревал металлическую ртуть в реторте на жаровне в течение 12 суток. Конец реторты был подведён под колокол, поставленный в сосуд с ртутью. В результате уровень ртути в колоколе поднялся примерно на 1/5. На поверхности ртути в реторте образовалось вещество оранжевого цвета – оксид ртути. Оставшийся под колоколом газ был непригоден для дыхания. Ученый предложил «жизненный воздух» переименовать в «кислород», поскольку при сгорании в кислороде большинство веществ превращается в кислоты, а «удушливый воздух» – в «азот», т.к. он не поддерживает жизнь, вредит жизни.

Опыт Лавуазье

Основным из составляющих воздуха для нас является кислород, его в воздухе 21% по объему. Разбавлен кислород большим количеством азота – 78% от объема воздуха и сравнительно маленьким объёмом благородных инертных газов – их около 1%. Входят в состав воздуха также переменные составляющие – оксид углерода (IV) или углекислый газ и водяной пар, количество которых зависит от различных причин. Эти вещества попадают в атмосферу естественным путем. При извержении вулканов в атмосферу попадают сернистый газ, сероводород и элементарная сера. Пылевые бури способствуют появлению в воздухе пыли. Оксиды азота попадают в атмосферу и при грозовых электрических разрядах, во время которых азот и кислород воздуха реагируют друг с другом, или в результате деятельности почвенных бактерий, способных высвобождать оксиды азота из нитратов; способствуют этому и лесные пожары и горение торфяников. Процессы разрушения органических веществ сопровождаются образованием различных газообразных соединений серы. Вода в составе воздуха определяет его влажность. У остальных веществ роль отрицательная: они загрязняют атмосферу. Например, углекислого газа много в воздухе городов, лишенных зелени, водяного пара – над поверхностью океанов и морей. В воздухе содержится небольшое количество оксида серы (IV) или сернистого газа, аммиака, метана, оксида азота (I) или закиси азота, водорода. Особенно насыщен ими воздух вблизи промышленных предприятий, газо-нефтяных месторождений или вулканов. В верхних слоях атмосферы существует еще один газ – озон. Летает в воздухе и разнообразная пыль, которую мы можем легко заметить, глядя сбоку на тонкий луч света, попадающий из-за шторы в затемненную комнату.

Постоянные составляющие газы воздуха:

· Кислород

· Азот

· Инертные газы

Переменные составляющие газы воздуха:

· Оксид углерода (IV)

· Озон

· Другие

Вывод.

1. Воздух – природная смесь газообразных веществ, в которой каждое вещество имеет и сохраняет свои физические и химические свойства, поэтому воздух можно разделить.

2. Воздух – это бесцветный газообразный раствор, плотность – 1,293г/л, при температур -190 0 С он переходит в жидкое состояние. Жидкий воздух представляет голубоватую жидкость.

3. Живые организмы тесно связаны с веществами воздуха, которые оказывают определенное воздействие на них. И в то же время живые организмы влияют на него, так как выполняют определенные функции: окислительно-восстановительную – окисляют, например углеводы до углекислого газа и восстанавливают его до углеводов; газовую – поглощают и выделяют газы.

Таким образом, живые организмы создали в прошлом и поддерживают миллионы лет атмосферу нашей планеты.

Загрязнение атмосферы - привнесение в атмосферный воздух новых нехарактерных для него физических, химических и биологических веществ или изменение естественной среднемноголетней концентрации этих веществ в нём.

В процессе фотосинтеза из атмосферы удаляется углекислый газ, а в процессах дыхания и гниения возвращается. Установившееся в ходе эволюции планеты равновесие между этими двумя газами стало нарушаться, особенно во второй половине XX в., когда стало усиливаться влияние человека на природу. Пока природа справляется с нарушениями этого равновесия благодаря воде океана и его водорослям. Но надолго ли хватит сил у природы?

Схема. Загрязнение атмосферы

Основные загрязнители атмосферного воздуха в России

Количество машин непрерывно растет, особенно в крупных городах, соответственно, растет выброс в воздух вредных веществ. «На совести» автомобилей 60% выбросов вредных веществ в городе!
Предприятия теплоэнергетики России выбрасывают в атмосферу до 30% загрязнителей, а еще 30% – вклад промышленности (черная и цветная металлургия, нефтедобыча и нефтепереработка, химическая промышленность и производство строительных материалов). Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фоновым (31–41% ), он мало изменяется с течением времени (59–69% ). В настоящее время глобальный характер приобрела проблема антропогенного загрязненияатмосферы. Какие же вещества-загрязнители, опасные для всего живого, попадают в атмосферу? Это кадмий, свинец, ртуть, мышьяк, медь, сажа, меркаптаны, фенол, хлор, серная и азотная кислоты и другие вещества. Некоторые из названных веществ мы будем изучать в дальнейшем, узнаем их физические и химические свойства и поговорим о таящейся в них разрушительной силе для нашего здоровья.

Масштабы экологического загрязнения планеты, России

В каких странах мира воздух наиболее загрязнен выхлопными газами транспорта?
Наибольшая опасность загрязнения атмосферы выхлопными газами угрожает странам с мощным автопарком. Например, в США на автотранспорт приходится примерно 1/2 всех вредных выбросов в атмосферу (до 50 млн т ежегодно). Автопарк Западной Европы ежегодно выбрасывает в воздух до 70 млн т вредных веществ, причем в Германии, например, 30 млн автомобилей дают 70% общего объема вредных выбросов. В России положение усугубляется тем, что автомашины, находящиеся в эксплуатации, соответствуют экологическим нормам только на 14,5%.
Загрязняет атмосферу и воздушный транспорт шлейфами выхлопов от многих тысяч самолетов. Согласно экспертным оценкам, в результате деятельности мирового автопарка (а это около 500 млн двигателей) в атмосферу ежегодно поступает одного только углекислого газа 4,5 млрд т.
Чем же опасны эти загрязнители? Тяжелые металлы – свинец, кадмий, ртуть – оказывают вредное влияние на нервную систему человека, угарный газ – на состав крови; сернистый газ, взаимодействуя с водой дождей и снегов, превращается в кислоту и вызывает кислотные дожди. Каковы же масштабы этих загрязнений? Главные регионы распространения кислотных дождей – США, Западная Европа, Россия. В последнее время к ним следует отнести и промышленные районы Японии, Китая, Бразилии, Индии. С распространением кислотных осадков связано понятие трансграничности – расстояние между районами их образования и районами выпадения может составлять сотни и даже тысячи километров. Например, главный «виновник» кислотных дождей на юге Скандинавии – промышленные районы Великобритании, Бельгии, Нидерландов и Германии. В канадские провинции Онтарио и Квебек кислотные дожди переносятся из соседних районов США. На территорию России эти осадки переносятся из Европы западными ветрами.
Неблагополучная экологическая ситуация сложилась на северо-востоке Китая, в тихоокеанском поясе Японии, в городах Мехико, Сан-Паулу, Буэнос-Айрес. В России в 1993 г. в 231 городе с общим населением 64 млн.человек содержание вредных веществ в воздухе превышало нормы. В 86 городах 40 млн. человек проживают в условиях, когда загрязнения превышают нормы в 10 раз. Среди этих городов Брянск, Череповец, Саратов, Уфа, Челябинск, Омск, Новосибирск, Кемерово, Новокузнецк, Норильск, Ростов. По количеству вредных выбросов первое место в России занимает Уральский регион. Так, в Свердловской области состояние атмосферы не отвечает нормам на 20 территориях, где проживает 60% населения. В г. Карабаше Челябинской области медеплавильный завод ежегодно выбрасывает в атмосферу по 9 т вредных соединений на каждого жителя. Частота заболеваний раком здесь составляет 338 случаев на 10 тыс. жителей.
Тревожная ситуация сложилась также в Поволжье, на юге Западной Сибири, в Центральной России. В Ульяновске больше, чем в среднем по России, люди страдают заболеваниями верхних дыхательных путей. Заболеваемость раком легких с 1970 г. выросла в 20 раз, в городе зарегистрирован один из самых высоких уровней детской смертности в России.
В г. Дзержинске на ограниченной территории сосредоточено большое количество химических предприятий. За последние 8 лет здесь произошло 60 выбросов сильнодействующих ядовитых веществ в атмосферу, приводивших к чрезвычайным ситуациям, в ряде случаев повлекших за собой гибель людей. В Поволжье до 300 тыс. т сажи, золы, копоти, оксидов углерода обрушиваются на жителей городов ежегодно. Москва занимает 15-е место среди городов России по суммарному уровню загрязнения атмосферного воздуха.

Защита воздушного бассейна является одной из наиболее актуальных проблем защиты окружающей среды. Охрана атмосферы от загрязнений промышленными и транспортными выбросами является важнейшей социальной задачей, входящей в комплекс задач глобальной проблемы охраны природы и улучшения использования природных ресурсов. Загрязнение воздуха вредными веществами наносит значительный материальный ущерб народному хозяйству и приводит к увеличению заболеваемости населения.

Проблемы защиты атмосферы составляют широкую область на стыке наук. Она включает в себя как общие задачи химической технологии, энергетики, физики и машиностроения, так и вопросы, решением которых занимаются врачи, гигиенисты и др.

Наиболее эффективным методом защиты атмосферы от загрязнения вредными веществами является разработка новых малоотходных ресурсо- и энергосберегающих технологических процессов с замкнутыми производственными циклами. Однако, эти вопросы требуют больших финансовых затрат и разработки новых современных технологий и материалов. Поэтому, не откладывая решение данных вопросов на будущее, на современном этапе для большинства промышленных и транспортных предприятий очистка выбрасываемого в атмосферу воздуха остаётся основным мероприятием по защите воздушного бассейна от загрязнения.

Из общей массы загрязняющих атмосферу веществ,

поступающих от антропогенных источников, около 90% составляют различного рода газообразные, а 10% - твёрдые и жидкие вещества.

Находящиеся в воздухе взвешенные вещества называются аэрозолями, которые принято делить на три класса: пыли, дымы и туманы.

Пыли – полидисперсные системы твёрдых взвешенных частиц размером от 5 до 100 мкм.

Дымы – аэрозоли с размерами частиц от 0,1 до 5 мкм.

Туманы – жидкие аэрозоли, состоящие из капелек жидкости. В них могут содержаться растворенные вещества или твёрдые частицы. Они образуются в результате конденсации пара или распылении жидкостей. Размер частиц в первом случае близок к дымам, а во втором – к пыли.

Особое место занимают сажа и зола, образующиеся в процессе сгорания топлива.

Сажа – токсичный высокодисперсный порошок, на 95% состоящий из частиц углерода.

Зола – несгоревший остаток топлива, состоящий из минеральных примесей.

В технике пылеулавливания и очистки газов дисперсный состав пыли имеет решающее значение, так как в зависимости от этого выбирается соответствующее пылеулавливающее оборудование.

К наиболее характерным газообразным загрязнениям атмосферного воздуха можно отнести:

диоксид серы (SO 2 ),

оксид углерода (СО ),

оксиды и диоксиды азота (NO , NO 2 ),

углеводороды (пары бензина, метан и др.),

соединения тяжёлых металлов (свинца, ртути, кадмия и др.),

углекислый газ (CO 2).

Естественно в воздухе могут находиться и другие вредные газообразные вещества, обусловленные наличием поблизости того или иного производства. Выбросы в атмосферу подразделяются на:

1 – парогазовые и аэрозольные;

2 – технологические и вентиляционные;

3 – организованные и неорганизованные;

4 – нагретые и холодные.

Согласно 1-й классификации, парогазовые выбросы – смесь газов, не несущих в себе твёрдых или жидких частиц. Аэрозольные выбросы – смесь газов, несущих в себе твёрдые или жидкие частицы.

В зависимости от вредности газовых составляющих и содержащихся в них аэрозольных частиц необходимо проводить очистку или одной компоненты смеси, или же смесь в целом. В последнем случае требуется либо комбинированная очистка в одном аппарате, либо комбинация последовательного расположения аппаратов.

Технологические выбросы образуются в результате технологических процессов и представляют собой выбросы при продувке, выбросы от предохранительных клапанов, из труб котельных, транспортных средств и др. Как правило, они характеризуются высокой концентрацией загрязняющих веществ. Вентиляционные выбросы характеризуются большими объёмами газовоздушной смеси, но невысокими концентрациями загрязняющих веществ. В то же время за счёт больших объёмов газовоздушной смеси валовые выбросы с ними загрязняющих веществ могут быть значительными.

К организованным выбросам относятся выбросы, удаляемые трубами или газоходами, что позволяет использовать достаточно легко газо- и пылеулавливающие установки. К неорганизованным - можно отнести выбросы от разгерметизированного оборудования, выбросы от необорудованных мест загрузки или выгрузки материалов, от транспортных систем и др.

Нагретые или холодные выбросы различаются по перепаду температур между газом и окружающей средой. При разности температур до 30°С выбросы можно считать холодными.

Работа любого устройства, удаляющего взвешенные частицы, основана на использовании одного или нескольких механизмов осаждения. К основным из них, имеющим наибольшее применение, относятся: гравитационное осаждение, осаждение под действием центробежных сил, инерционное осаждение, зацепление (эффект касания), диффузионное осаждение, электроосаждение. К современным методам можно отнести термофорез и воздействие электромагнитного поля. Влияние того или иного механизма на осаждение частиц определяется целым рядом факторов, и в первую очередь их размером.

Гравитационное осаждение происходит в результате вертикального оседания частиц под действием силы тяжести. При падении частица пыли испытывает сопротивление среды, поэтому скорость падения или осаждения определяется условием равенства сил тяжести и гидравлического сопротивления. Поэтому частицы меньшего диаметра будут иметь меньшую скорость осаждения и для очистки воздуха от таких частиц потребуется большее время нахождения запылённого потока в пылеосадочной камере.

Центробежное осаждение пыли отмечается при криволинейном движении запылённого потока, когда под действием развиваемых центробежных сил частицы пыли отбрасываются на поверхность осаждения. В аппаратах, основанных на использовании центробежных сил, могут применяться два принципиальных конструктивных решения. В одном случае пылегазовый поток вращается в неподвижном корпусе аппарата цилиндрической или конической формы. А во втором случае пылегазовый поток движется во вращающемся роторе. Первое решение осуществляется в циклонах, а второе – в ротационных пылеуловителях.

Инерционное осаждение происходит в том случае, когда масса частицы пыли не может следовать вместе с газом по линии тока, огибающей плотное по сравнению с воздухом вещество, по инерции при повороте потока продолжает прямолинейное движение. При этом частица пыли сталкивается с препятствием и оседает на нём. Инерционное осаждение частиц пыли эффективно для частиц размером более 1 мкм.

Диффузионное осаждение будет наблюдаться в том случае, когда частицы, а это в основном небольшого размера, подвержены воздействию броуновского движения

молекул. В результате этого они имеют повышенную вероятность контакта с обтекаемым телом. Эффективность диффузионного осаждения обратно пропорциональна размерам частиц и скорости газового потока.

Осаждение частиц пыли под действием электрического тока заключается в зарядке частиц с последующим их отделением от воздушной среды под действием электрического поля. Электрозарядка частиц пыли может быть осуществлена при генерации аэрозоля, за счёт диффузии свободных токов и при коротком разряде. В последнем случае частицы пыли заряжаются одним знаком, что позволяет повысить эффективность их последующего удаления из воздушного потока.

Термофорез представляет собой отталкивание частиц нагретым телом, вызванное перемещением воздушной среды в результате возникновения свободной конвекции. При термофорезе концентрация частиц в областях с повышенной и пониженной температурой становится различной, что и приводит к термодиффузии частиц в сторону пониженных температур. На практике это можно наблюдать в виде осаждения пыли на наружных стенках против приборов центрального отопления.

Осаждение взвешенных частиц при контакте газового потока с жидкостью может осуществляться на каплях, пузырьках и на поверхности жидкости.

Улавливание взвешенных частиц каплями основано на кинематической коагуляции, возникающей в результате разности скоростей частиц и капель.

Это может происходить:

Когда аэрозоль движется с малой скоростью, а капли жидкости падают под действием силы тяжести;

Когда аэрозоль и капли движутся в одном или противоположном направлениях с различными скоростями.

При движении пузырьков загрязнённого воздуха через слой жидкости (барботаж) внутри пузырьков возникает пульсация газов. Взвешенные частицы при этом прилипают к поверхности воды, окружающей пузырёк газа.

При осаждении твёрдых частиц на поверхности жидкости, в случае, когда газовый поток движется вдоль жидкой поверхности, частицы осаждаются в воде в объёме тонкой плёнки, т.е. происходит поверхностное загрязнение воды.

Фильтрация газа через пористые материалы заключается в прохождении аэрозоля через фильтровальные перегородки, которые допускают прохождение воздуха, но задерживают аэрозольные частицы. Процесс фильтрации в наиболее распространённых фильтрах можно условно принять как процесс обтекания цилиндра, расположенного поперёк потока. Частицы пыли задерживаются на поверхности волокон силами молекулярного взаимодействия. Фильтрация запылённого потока через пористый материал значительно сложнее, так как включает в себя не только процесс прилипания к материалу в результате обтекания, но и за счёт столкновения с волокном или нитями. Необходимо учитывать, что на пути движения запылённого потока расположено обычно несколько рядов волокон, что повышает эффективность очистки.

При извлечении газообразных примесей используются методы абсорбции, адсорбции, катализа и термического окисления.

Абсорбционная очистка основана на способности жидкостей растворять газы или химически взаимодействовать с ними. При абсорбции происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую. Вещество, в котором происходит растворение абсорбируемых газовых компонентов, называется абсорбентом. Остальная часть газового потока, которая не абсорбируется в жидкости, обычно называется инертным газом. При физической абсорбции происходит физическое растворение абсорбируемого компонента в растворителе (абсорбенте). При этом не происходят химические реакции. Этот процесс происходит в том случае, когда парциальное давление абсорбируемого компонента в газе больше равновесного парциального давления над поверхностью раствора.

При химической абсорбции (хемосорбции) абсорбируемый компонент вступает в химическую реакцию с поглотителем (жидкостью), образуя новые химические соединения в жидкой фазе. Хемосорбционные процессы обеспечивают более полное извлечение компонентов из газовых смесей. Количество газов, которое можно растворить в жидкости, зависит от свойств газа и жидкости, температуры и парциального давления газа над жидкостью.

Под процессом абсорбции понимается поглощение газового компонента твёрдым веществом. Явление адсорбции обусловлено наличием сил притяжения между молекулами адсорбента (твёрдого вещества) и поглощаемым газом на границе раздела соприкасающихся фаз. Процесс перехода молекул из газа на поверхностный слой адсорбента происходит в том случае, если силы притяжения адсорбента превосходят силы притяжения со стороны газа-носителя. Молекулы адсорбированного вещества, переходя на поверхность адсорбента, уменьшают его энергию, в результате чего происходит выделение теплоты.

При физической адсорбции молекулы газа не вступают с молекулами адсорбента в химическое взаимодействие. С повышением температуры количество физически адсорбированного вещества уменьшается, а увеличение давления приводит к возрастанию величины адсорбции. Преимуществом физической адсорбции является лёгкая обратимость процесса.

В основе химической адсорбции лежит химическое взаимодействие между адсорбентом и адсорбируемым веществом. Действующие при этом силы значительно больше, чем при физической адсорбции, и при этом выделяется больше теплоты. Молекулы газа, вступив в химическое взаимодействие с молекулами адсорбента, прочно удерживаются на поверхности и в порах адсорбента. Характерно то, что при низких температурах скорость химической адсорбции мала, но она возрастает с повышением температуры.

Каталитическая очистка газов служит для превращения примесей в безвредные соединения. Процесс протекает на поверхности твёрдых тел – катализаторов. Подбор катализаторов в основном решается эмпирическим путём.

На процесс катализа большое влияние оказывает температура. При относительно низких температурах, когда скорость реакции мала по сравнению со скоростью диффузии газов и процесс очистки сравнительно медленный. С повышением температуры скорость химической реакции возрастает, увеличивая при этом и скорость диффузии газов. Однако, скорость диффузии увеличивается медленнее и может наступить момент, когда процесс очистки газа будет определяться только скоростью подвода реагирующих веществ, а использование для этого, как на первоначальной стадии процесса, внутренней поверхности катализатора близким к нулю. В этом случае катализ переходит в область внешней диффузии. При этом мелкие поры катализатора уже не играют никакой роли, но возрастает роль внешней поверхности.

Важнейшей характеристикой катализаторов является температура «зажигания» - та минимальная температура, при которой катализатор начинает проявлять свои свойства.

Термическим окислением компонентов выбросов называется окисление при температурах до 1000°С. Окисление применяется, как в отношении газов, так и горючих компонентов дисперсной фазы аэрозолей. Этот способ находит применение для извлечения из газовых потоков смол, масел, летучих растворителей и других компонент. Решающее значение в организации процесса имеет подготовка газов к реакции, т.е. нагрев смеси до необходимой температуры и обеспечение смешения горючих газов с окислителем.