Экология. Методическое пособие по выполнению лабораторных работ и самостоятельной работы по дисциплине Экология для студентов очной и заочной форм обучения специальности 23. 05. 06 Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей Чита
 Скачать 1.47 Mb.
|
|
3. Лабораторная работа № 3 3.1. Тема Расчет параметров котельной (высоты трубы) с учетом безопасного рассеивания вредных газов и твердых веществ в атмосфере (оксид углерода, сажа) при проектировании со- циально-бытовых объектов 24 Задание 1. Изучить теоретический материал по загрязнению атмосферы вредными выбросами предприятий при проектировании социально- бытовых объектов. 2. По одному из вариантов (табл. 8) рассчитать максимальную высоту трубы с учетом безопасного рассевания вредных газов и твердых веществ в атмосфере (оксид углерода, сажа) при проектировании соци- ально-бытовых объектов. Для расчета максимальной высоты трубы необходимо) замерить диаметр трубы, м 2) установить по паспорту оборудования расход воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива, мкг 3) установить по паспорту оборудования расход топлива, кг. Составить план мероприятий по снижению загрязнения атмосферы вредными газами и твердыми веществами (оксид углерода, сажа) при проектировании социально-бытовых объектов.Сделать вывод по работе. Х ОДРА БОТЫ. Теоретический материал по загрязнению атмосферы вредными выбросами предприятий при проектировании социально- бытовых объектов. Свойства атмосферы Атмосфера (от.др. греч.отмос – пари сфера – шар) – газовая оболочка (геосфера, окружающая планету Земля. Внутренняя еѐ поверхность покрывает гидросферу и частично земную кору, внешняя граничит с околоземной частью космического пространства. Также существует определение атмосферы, как внешней геологической газовой оболочки Земли. Совокупность разделов физики и химии, изучающих атмосферу, принято называть физикой атмосферы. Атмосфера определяет погоду на поверхности Земли, изучением погоды занимается метеорология, а длительными вариациями климата – климатология. Физические свойства атмосферы. Толщина атмосферы – примерно 2000 – 3000 км от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха в атмосфере – (5,1– 5,3)×1018 кг. Из них масса сухого воздуха составляет 5,1352 ±0,0003×1018 кг, общая масса водяных паров в среднем равна 1,27×1016 кг. Молярная масса чистого сухого воздуха составляет 28,966 г/моль, плотность воздуха у поверхности моря приблизительно равна 1,2 кг/м 3 Давление при 0 °C на уровне моря составляет 101,325 кПа; критическая температура – −140,7 °C; критическое давление – 3,7 МПа Cp при 0 °C – 1,0048×103 25 Дж/(кг·К), Cv – 0,7159×103 Дж/(кг·К) (при 0 °C). Растворимость воздуха вводе (по массе) при 0 °C – 0,0036 %, при 25 °C – 0,0023 %. За нормальные условия у поверхности Земли приняты плотность кг/м 3 , барометрическое давление 101,35 кПа, температура плюс 20 °C и относительная влажность 50 %. Эти условные показатели имеют чисто инженерное значение. Химические свойства атмосферы Атмосфера Земли возникла в результате выделения газов при вулканических извержениях. С появлением океанов и биосферы она формировалась и за счѐт газообмена с водой, растениями, животными и продуктами их разложения в почвах и болотах. В настоящее время атмосфера Земли состоит из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения. Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (H 2 O) и углекислого газа (CO 2 ). Состав сухого воздуха приведен в табл. 6 и на рис. 3. Таблица 6 Состав сухого воздуха Газ Содержание по объѐму, % Содержание по массе, % Азот 78,084 75,50 Кислород 20,946 23,10 Аргон 0,932 1,286 Вода 0,5-4 — Углекислый газ 0,0387 0,059 Неон 1,818×10 −3 Гелий 4,6×10 −4 Метан 1,7×10 −4 — Криптон 1,14×10 −4 Водород 5×10 −5 Ксенон 8,7×10 −6 — Закись азота 5×10 −5 Кроме указанных в табл. 6 газов, в атмосфере содержатся SO 2 , NH 3 , СО, озон, углеводороды, HCl, HF, пары Hg, I 2 , а также NO и многие другие газы в незначительных количествах. В тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твѐрдых и жидких частиц аэрозоль. Строение атмосферы Вертикальное строение атмосферы представлено рядом сфер рис. 4.). 26 Рис. 3. Состав сухого воздуха Тропосфера. Тропосфера (др. греч.τропо – поворот, изменение и сфера – шар) – нижний, наиболее изученный слой атмосферы. Е верхняя граница находится на высоте 8 – 10 км в полярных, 10 – 12 км в умеренных и 16 – 18 км в тропических широтах зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 м. При подъѐме в тропосфере температура понижается в среднем на 0,65 К через каждые 100 ми достигает 180 ÷ 220 Кв верхней части. Этот верхний слой тропосферы, в котором снижение температуры с высотой прекращается, называют тропопаузой. Рис. 4. Строение атмосферы В тропосфере сосредоточено более 80% всей массы атмосферного воздуха, сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, возникают облака, формируются и атмосферные фронты, развиваются циклоны и антициклоны, а также другие процессы, определяющие погоду и климат. Происходящие в тропосфере процессы обусловлены, прежде всего, конвекцией. Часть тропосферы, в пределах которой наземной поверхности возможно зарождение ледников, называется хионосфера. Следующий, расположенный выше тропосферы, слой атмосферы называется стратосфера. Тропопауза. Переходный слой от тропосферы к стратосфере, слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры с высотой. Тропопауза (от греч.тропос – поворот, изменение и пауза – остановка, прекращение) – слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры с высотой переходный слой от тропосферы к стратосфере. В земной атмосфере тропопауза расположена, на высотах от 8 – 12 км (над уровнем моря) в полярных районах до 16 – 18 км – над экватором (рис. 5). Рис. 5. Зональное строение тропопаузы по широтамв виде красного контура сверху Высота тропопаузы зависит также от времени года (летом тропопауза расположена выше, чем зимой) и циклонической деятельности (в циклонах она ниже, а в антициклонах – выше. Толщина тропопаузы составляет от нескольких сотен метров до 2 – 3 км. В субтропиках наблюдаются разрывы тропопаузы, обусловленные мощными струйными течениями. Тропопауза над отдельными районами часто разрушается и формируется заново. Стратосфера. Слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11 –25 км (нижний слой стратосферы) и повышение еѐ в слое 25 – 40 км от −56,5 до 0,8 С (верхний слой стратосферы или область инверсии. Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0 °C), температура остаѐтся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой. Стратопауза. Пограничный слой атмосферы между стратосферой и мезосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место максимум (около 0 °C). Стратопауза – слой атмосферы, являющийся пограничным между двумя слоями, стратосферой и мезосферой. В стратосфере температура повышается с увеличением высоты, а стратопауза является слоем, где температура достигает максимума. Температура стратопаузы – около 0 °C. Данное явление наблюдается не только на Земле, но и на других планетах, имеющих атмосферу. На Земле страто- 29 пауза находится на высоте 50 – 55 км над уровнем моря. Атмосферное давление составляет около 1/1000 от давления на уровне моря. Мезосфера. Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80 – 90 км. Температура с высотой понижается со средним вертикальным градиентом (0,25 – 0,3)°/100 м. Основным энергетическим процессом является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов, колебательно возбуждѐнных молекул и т. д. обусловливают свечение атмосферы. Мезосфера (от греч.мезо – средний и сфера – шар, сфера) – слой атмосферы на высотах от 40 – 50 до 80 – 90 км. Характеризуется повышением температуры с высотой максимум (порядка +50 °C) температуры расположен на высоте около 60 км, после чего температура начинает убывать доили. Такое понижение температуры связано с энергичным поглощением солнечной радиации (излучения) озоном. Термин принят Географическими геофизическим союзом в 1951 году. Газовый состав мезосферы, как и расположенных ниже атмосферных слоев, постоянен и содержит около 80 % азота и 20 % кислорода. Мезосфера отделяется от нижележащей стратосферы стратопаузой, а от вышележащей термо- сферы – мезопаузой. Мезопауза в основном совпадает с турбопаузой. Метеоры начинают светиться и, как правило, полностью сгорают в мезосфере. В мезосфере могут появляться серебристые облака. Для полѐтов мезосфера представляет собой своего родам ртвую зону – воздух здесь слишком разрежен, чтобы поддерживать самолѐты или аэростаты (на высоте 50 км плотность воздуха враз меньше, чем на уровне моря, ив тоже время слишком плотен для полѐтов искусственных спутников на такой низкой орбите. Прямые исследования мезосферы проводятся в основном с помощью суборбитальных метеорологических ракет в целом мезосфера изучена хуже других слоѐв атмосферы, в связи, с чем учѐные прозвали еѐ «игноросферой». Мезопауза. Переходный слой между мезосферой и термосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место минимум около –90 °C). Мезопауза – слой атмосферы, являющийся пограничным между двумя слоями, мезосферой и термосферой. На Земле располагается на высоте 80 – 90 км над уровнем моря. В мезопаузе находится температурный минимум, который составляет около –100°C (температура постоянная или медленно повышается, выше неѐ (до высоты около 400 км) температура снова начинает расти. Мезопауза совпадает с нижней границей области активного поглощения рентгеновского и наиболее коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца. На этой высоте наблюдаются серебристые облака. Мезопауза имеется не только на Земле, но и на других планетах, имеющих атмосферу. Линия Кармана. Высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом. В соответствии с определением ФАИ, линия Кармана находится на высоте 30 100 км над уровнем моря. Линия Кармана – высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом. В соответствии с определением ФАИ, линия Кармана находится на высоте 100 км над уровнем моря. Название высота получила по имени Теодора фон Кармана, американского учѐного венгерского происхождения. Он первый определил, что примерно на этой высоте атмосфера становится настолько разрежѐнной, что аэронавтика становится невозможной, так как скорость летательного аппарата, необходимая для создания достаточной подъѐмной силы, становится больше первой космической скорости. Поэтому, для достижения больших высот необходимо пользоваться средствами космонавтики. Определение границы условно, так как в действительности несу- ществует какой-либо границы, за которой заканчивается атмосфера и начинается космос. Так, внешняя часть земной атмосферы, экзосфера, простирается до высоты 100 тыс. км и более, на такой высоте атмосфера состоит в основном из атомов водорода, способных покидать атмосферу. Достижение Линии Кармана являлось первым условием для получения приза Ansari X Prize, так как это является основанием для признания полѐта космическим. Граница атмосферы Земли Принято считать, что граница атмосферы Земли и ионосферы находится на высоте 118 километров. Это показывает анализ параметров движения высокоэнергетических частиц, перемещающихся в атмосфере и ионосфере. Термосфера. Верхний предел – около 800 км. Температура растѐт до высот 200 – 300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остаѐтся почти постоянной до больших высот. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха (полярные сияния) – основные области ионосферы лежат внутри термосферы. На высотах свыше 300 км преобладает атомарный кислород. Верхний предел термосферы в значительной степени определяется текущей активностью Солнца. В периоды низкой активности – например, в 2008 – 2009 гг. – происходит заметное уменьшение размеров этого слоя. Термосфера (от греч.терма – «тѐплый» и сфера – шар, сфера) – слой атмосферы, следующий за мезосферой, — начинается на высоте 80 – 90 км и простирается до 800 км. Температура воздуха в термосфере колеблется на разных уровнях, быстро и разрывно возрастает и может варьироваться от 200 К до 2000 Кв зависимости от степени солнечной активности. Причиной является поглощение ультрафиолетового излучения Солнца на высотах 150 –300 км, обусловленное ионизацией атмосферного кислорода. В нижней части термосферы рост температуры в сильной мере обусловлен энергией, выделяющейся при объединении (рекомбинации) атомов кислорода в молекулы (при этом в энергию теплового движения частиц превращается энергия солнечного УФ-излучения, поглощѐнная 31 ранее при диссоциации молекул O 2 ) На высоких широтах важный источник теплоты в термосфере – джоулева теплота, выделяемая электрическими токами магнитосферного происхождения. Этот источник вызывает значительный, но неравномерный разогрев верхней атмосферы в приполярных широтах, особенно вовремя магнитных бурь. Термопауза. Область атмосферы, прилегающая сверху к термо- сфере. В этой области поглощение солнечного излучения незначительно и температура фактически не меняется с высотой (рис. 6). Рис. 6. Атмосферные слои до высоты 120 км Экзосфера (сфера рассеяния. Экзосфера – зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзо- сфере сильно разрежен, и отсюда идѐт утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация. Экзосфера (от др. греч.экзо – снаружи, вне и сфера – шар, сфера) – самая внешняя часть верхней атмосферы Земли и планет с низкой концентрацией нейтральных атомов. Нижняя граница экзосферы – экзобаза – определяется из соотношения равенства длины свободного пробега высоте однородной атмосферы. Частицы экзосферы двигаются по баллистическим траекториям, поэтому при наличии у них второй космической скорости достаточно высока вероятность покинуть планету без столкновений. Протяжѐнную эк- зосферу планеты часто называют короной она состоит из атомов водорода, улетучивающихся из верхней атмосферы. Геокорона распространяется вплоть до высот порядка 100 тыс. км, а корона Венеры – до 200 тыс. км. Экзосфера Земли состоит из ионизированного газа (плазмы у еѐ основания отношение концентраций заряженных и нейтральных частиц близко кв верхней части экзосферы газ почти полностью ионизирован. 32 Нижняя и средняя части экзосферы в основном состоят из ато- мовО и N, с увеличением же высоты быстро растет относительно концентрация лѐгких газов, особенно ионизированного водорода. Газокине- тическая температура составляет 1500 – 3000 Кона слабо растет с высотой. Рост солнечной активности приводит к потеплению экзосферы и к увеличению еѐ толщины. До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжѐлых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается отв стратосфере до −110 °C в мезосфере. Однако кинетическая энергия отдельных частиц на высотах 200 – 250 км соответствует температуре. Выше 200 км наблюдаются значительные флуктуации температуры и плотности газов во времени и пространстве. На высоте около 2000 – 3500 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен сильно разреженными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные частицы кометного и метеорного происхождения. Кроме чрезвычайно разреженных пылевидных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения. На долю тропосферы приходится около 80 % массы атмосферы, на долю стратосферы – около 20 %; масса мезосферы – не более 0,3 %, термосферы – менее 0,05 % от общей массы атмосферы. На основании электрических свойств в атмосфере выделяют нейтросферу и ионосферу. В настоящее время считают, что атмосфера простирается до высоты 2000 – 3000 км. В зависимости от состава газа в атмосфере выделяют гомосферу и гетеросферу. Гетеросфера – это область, где гравитация оказывает влияние на разделение газов, так каких перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гете- росферы. Ниже еѐ лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы, называемая гомосфера. Граница между этими слоями называется турбопаузой, она лежит на высоте около 120 км. Физиологические и другие свойства атмосферы. Уже на высоте 5 км над уровнем моря у нетренированного человека появляется кислородное голодание и без адаптации работоспособность человека значительно снижается. Здесь кончается физиологическая зона атмосферы. Дыхание человека становится невозможным на высоте 15 км, хотя примерно до 115 км атмосфера содержит кислород. Атмосфера снабжает нас необходимым для дыхания кислородом. Однако вследствие падения общего давления атмосферы по мере подъѐма на высоту соответственно снижается и парциальное давление кислорода. В лѐгких человека постоянно содержится около 3 л альвеолярного воздуха. Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе при нормальном атмосферном давлении составляет 110 мм рт. ст, давление углекислого газа – 40 мм рт. ста паров воды – 47 мм рт. ст. С увеличением высоты давление кислорода падает, а суммарное давление паров воды и углекислоты в лѐгких остаѐтся почти постоянным — около 87 мм рт. ст. Поступление кислорода в лѐгкие полностью прекратится, когда давление окружающего воздуха станет равным этой величине. На высоте около 19 – 20 км давление атмосферы снижается до 47 мм рт. ст. Поэтому на данной высоте начинается кипение воды и межтканевой жидкости в организме человека. Вне герметической кабины на этих высотах смерть наступает почти мгновенно. Таким образом, сточки зрения физиологии человека, космос начинается уже на высоте 15 –19 км. Плотные слои воздуха – тропосфера и стратосфера – защищают нас от поражающего действия радиации. При достаточном разрежении воздуха, на высотах более 36 км, интенсивное действие на организм оказывает ионизирующая радиация – первичные космические лучина высотах более 40 км действует опасная для человека ультрафиолетовая часть солнечного спектра. По мере подъѐма на всѐ большую высоту над поверхностью Земли постепенно ослабляются, а затем и полностью исчезают такие привычные для нас явления, наблюдаемые в нижних слоях атмосферы, как распространение звука, возникновение аэродинамической подъѐмной силы и сопротивления, передача тепла конвекцией и др. В разреженных слоях воздуха распространение звука оказывается невозможным. До высот 60 – 90 км ещѐ возможно использование сопротивления и подъѐмной силы воздуха для управляемого аэродинамического полѐта. Но начиная с высот 100 – 130 км знакомые каждому лѐтчи- ку понятия числа Ми звукового барьера теряют свой смысл там проходит условная линия Кармана, за которой начинается область чисто баллистического полѐта, управлять которым можно, лишь используя реактивные силы. На высотах выше 100 км атмосфера лишена и другого замечательного свойства – способности поглощать, проводить и передавать тепловую энергию путѐм конвекции тес помощью перемешивания воздуха. Это значит, что различные элементы оборудования, аппаратуры орбитальной космической станции не смогут охлаждаться снаружи так, как это делается обычно на самолѐте, – с помощью воздушных струй и воздушных радиаторов. На такой высоте, как и вообще в космосе, единственным способом передачи тепла является тепловое излучение История образования атмосферы.Согласно наиболее распро- странѐнной теории, атмосфера Земли во времени пребывала в трѐх различных составах. Первоначально она состояла из лѐгких газов водорода и гелия, захваченных из межпланетного пространства. Это так называемая первичная атмосфера (около четырех миллиардов лет назад. Наследующем этапе активная вулканическая деятельность привела к насыщению атмосферы и другими газами, кроме водорода (углекислым газом, аммиаком, водяным паром. Так образовалась вторичная атмосфера (около трех миллиардов лет до наших дней. Эта атмосфера была восстановительной. Далее процесс образования атмосферы определялся следующими факторами – утечка легких газов (водорода и гелия) в межпланетное пространство химические реакции, происходящие в атмосфере под влиянием ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов и некоторых других факторов. Постепенно эти факторы привели к образованию третичной атмосферы, характеризующейся гораздо меньшим содержанием водорода и гораздо большим – азота и углекислого газа (образованы в результате химических реакций из аммиака и углеводородов. Азот Образование большого количества азота обусловлено окислением аммиачно-водородной атмосферы молекулярным кислородом О, который стал поступать с поверхности планеты в результате фотосинтеза, начиная с 3 млрд. лет назад. Также азот выделяется в атмосферу в результате денитрификации нитратов и других азотсодержащих соединений. Азот окисляется озоном до NO в верхних слоях атмосферы. Азот вступает в реакции лишь в специфических условиях например, при разряде молнии. Окисление молекулярного азота озоном при электрических разрядах в малых количествах используется в промышленном изготовлении азотных удобрений. Окислять его с малыми энергозатратами и переводить в биологически активную форму могут цианобактерии (сине-зелѐные водоросли) и клубеньковые бактерии, формирующие ризобиальный симбиоз с бобовыми растениями, т. н. си- дератами. Кислород Состав атмосферы начал радикально меняться с появлением на Земле живых организмов, в результате фотосинтеза, сопровождающегося выделением кислорода и поглощением углекислого газа. Первоначально кислород расходовался на окисление восстановленных соединений — аммиака, углеводородов, закисной формы железа, содержавшейся в океанах и др. По окончании данного этапа содержание кислорода в атмосфере стало расти. Постепенно образовалась современная атмосфера, обладающая окислительными свойствами. Поскольку это вызвало серьезные и резкие изменения многих процессов, протекающих в атмосфере, литосфере и биосфере, это событие получило название Кислородная катастрофа. В течение фанерозоя состав атмосферы и содержание кислорода претерпевали изменения. Они коррелировали прежде всего со скоростью отложения органических осадочных пород. Так, в периоды угле- накопления содержание кислорода в атмосфере, видимо, заметно превышало современный уровень. Углекислый газ Основные статьи геохимический цикл углерода, углекислый газ в атмосфере Земли. Содержание в атмосфере СО 2 зависит от вулканической деятельности и химических процессов в земных оболочках, но более всего — от интенсивности биосинтеза и разложения органики в биосфере Земли. Практически вся текущая биомасса планеты (около 2,4×1012 тонн) образуется за счет углекислоты, азота и водяного пара, содержащихся в атмосферном воздухе. Захороненная в океане, в болотах ив лесах органика превращается в уголь, нефть и природный газ. Благородные газы Источник инертных газов – аргона, гелия и криптона – вулканические извержения и распад радиоактивных элементов. Земля в целом и атмосфера в частности обеднены инертными газами по сравнению с космосом. Считается, что причина этого заключена в непрерывной утечке газов в межпланетное пространство. Загрязнение атмосферы В последнее время на эволюцию атмосферы стал оказывать влияние человек. Результатом его деятельности стал постоянный значительный рост содержания в атмосфере углекислого газа из-за сжигания углеводородного топлива, накопленного в предыдущие геологические эпохи. Громадные количества СО 2 потреб- ляются при фотосинтезе и поглощаются мировым океаном. Этот газ поступает в атмосферу благодаря разложению карбонатных горных породи органических веществ растительного и животного происхождения, а также вследствие вулканизма и производственной деятельности человека. За последние 100 лет содержание СО 2 в атмосфере возросло на 10 %, причѐм основная часть (360 млрд. тонн) поступила в результате сжигания топлива. Если темпы роста сжигания топлива сохранятся, тов ближайшие 20 – 30 лет количество СО 2 в атмосфере удвоится и может привести к глобальным изменениям климата. Сжигание топлива — основной источники загрязняющих газов (СО, NO, SO 2 ). Диоксид серы окисляется кислородом воздуха до вверх- них слоях атмосферы, который в свою очередь взаимодействует с парами воды и аммиака, а образующиеся при этом серная кислота (Ни сульфат аммония ((NH 4 ) 2 SO 4 ) возвращаются на поверхность Земли в виде т. н. кислотных дождей. Использование двигателей внутреннего сгорания приводит к значительному загрязнению атмосферы оксидами азота, углеводородами и соединениями свинца (тетраэтилсвинец Pb(CH 3 CH 2 ) 4 )). 36 Аэрозольное загрязнение атмосферы обусловлено как естественными причинами (извержение вулканов, пыльные бури, унос капель морской воды и пыльцы растений и др, таки хозяйственной деятельностью человека (добыча руд и строительных материалов, сжигание топлива, изготовление цемента и т. п. Интенсивный широкомасштабный вынос твѐрдых частиц в атмосферу – одна из возможных причин изменений климата планеты. Основные загрязнители атмосферы. Окись углерода СО – бесцветный газ, не имеющий запаха, известен также под названием угарный газ. Образуется в результате неполного сгорания ископаемого топлива (угля, газа, нефти) в условиях недостатка кислорода и при низкой температуре. При этом 65% от всех выбросов приходится на транспорт, 21% - на мелких потребителей и бытовой сектора на промышленность. При вдыхании угарный газ за счѐт имеющейся в его молекуле двойной связи образует прочные комплексные соединения с гемоглобином крови человека и тем самым блокирует поступление кислорода в кровь. На рис. 7 показаны выбросы в атмосферу тепловозом2ТЭ10М. Двуокись углерода(СО 2 ) – или углекислый газ, – бесцветный газ с кисловатым запахом и вкусом, продукт полного окисления углерода. Является одним из парниковых газов. Диоксид серы) (диоксид серы, сернистый ангидрид) – бесцветный газ с резким запахом. Образуется в процессе сгорания серосодержащих ископаемых видов топлива, в основном угля, а также при переработке сернистых руд. Он, в первую очередь, участвует в формировании кислотных дождей. Общемировой выброс оценивается в 190 млн. тонн в год. Длительное воздействие диоксида серы на человека приводит вначале к потере вкусовых ощущений, стесненному дыханию, аза- тем – к воспалению или отеку лѐгких, перебоям в сердечной деятельности, нарушению кровообращения и остановке дыхания. Рис. 7. Загрязнение атмосферы тепловозом 2ТЭ10М 37 Оксиды азота(оксид и диоксид азота) – газообразные вещества монооксид азота NO и диоксид азота объединяются одной общей формулой х . При всех процессах горения образуются окислы азота, причем большей частью в виде оксида. Чем выше температура сгорания, тем интенсивнее идет образование окислов азота. Другим источником окислов азота являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения. Количество окислов азота, поступающих в атмосферу, составляет млн. тонн в год. От общего количества выбрасываемых в атмосферу оксидов азота на транспорт приходится 55%, на энергетику – 28%, на промышленные предприятия – 14%, на мелких потребителей и бытовой сектор – 3%. Озон(О3) – газ с характерным запахом, более сильный окислитель, чем кислород. Его относят к наиболее токсичным из всех обычных загрязняющих воздух примесей. В нижнем атмосферном слое озон образуется в результате фотохимических процессов с участием диоксида азота и летучих органических соединений. Углеводороды – химические соединения углерода и водорода. К ним относят тысячи различных загрязняющих атмосферу веществ, содержащихся в несгоревшем бензине, жидкостях, применяемых в химчистке, промышленных растворителях и т.д. Свинец) – серебристо-серый металл, токсичный в любой известной форме. Широко используется для производства красок, боеприпасов, типографского сплава и т.п. Около 60% мировой добычи свинца ежегодно расходуется для производства кислотных аккумуляторов. Однако основным источником (около 80%) загрязнения атмосферы соединениями свинца являются выхлопные газы транспортных средств, в которых используется этилированный бензин. Промышленные пыли в зависимости от механизма их образования подразделяются наследующие класса механическая пыль – образуется в результате измельчения продукта входе технологического процесса возгоны – образуются в результате объѐмной конденсации паров веществ при охлаждении газа, пропускаемого через технологический аппарат, установку или агрегат летучая зола – содержащийся в дымовом газе во взвешенном состоянии несгораемый остаток топлива, образуется из его минеральных примесей при горении промышленная сажа – входящий в состав промышленного выброса твѐрдый высокодисперсный углерод, образуется при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов. Основными источниками антропогенных аэрозольных загрязнений воздуха являются теплоэлектростанции (ТЭС), потребляющие уголь. Сжигание каменного угля, производство цемента и выплавка чугуна дают суммарный выброс пыли в атмосферу, равный 170 млн. тонн в год. |