Лектор: доцент кафедры физической химии и

ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Курс лекций по экологии

Часть 2

Лектор: доцент кафедры физической химии и

Химической экологии Гарифуллина Гарифа Губайдулловна

УФА-1999

Атмосфера, ее строение, состав. Особенности атмосферного воздуха как среды обитания человека.

Окружающая среда - это среда обитания человека. Она состоит из:

1) воздушная среда ,водная среда,почва,животный мир

2) растительный мир

3) акустическая среда.

Все эти части составляют сферу жизни человека. Антропоген­ному воздействию наи­более подвержены 1 и 2 составляющие ОС. Если загряз­нены они, то загрязняются и остальные. По­этому наиболее опасным является загряз­нение атмосферного воздуха. Это также определя­ется тем, что воздушная среда - это наша среда обитания. За сутки человек вдыхает 15 кг воздуха. Загрязнение его оказывает наибольшее влияние на здоровье человека. Если ПДК_мр на содержание СО в воздухе умень­шить в 8 раз, то заболеваемость гриппом снижается.

Техногенный СПИД - за счет загрязнения. Следствие - понижение иммунитета.

В зависимости от высоты над поверхностью земли атмосфера делится:

1. тропосфера - обычно до 6-7 км над поверхностью Земли. Характеризуется плюсовой тем­пературой, слой нагревается за счет солнечной энергии. В этом слое происходит испаре­ние и одновременно конден­сация воды, то есть образуются облака и выпадают осадки.

2. стратосфера (10-50 км). Содержит озоновую оболочку. Состав воздушной массы довольно устойчив. Мало воды, отсутствуют погодные явления. Образуются только серебристые облака.

3. мезосфера (50 -80 км).

4. термосфера (80 - 800 км)

5. экзосфера (более 800 км) - космос.

ТРОПОСФЕРА.

Состоит:

азот - 78,09%

кислород- 20,95%

аргон- 1%

влага-4%

СО­­₂ - от 0,02 до 0,032%.

Озон, аммиак, другие инертные газы - 0,01%.

Этот состав является уникальным. Он благоприятен для процессов ды­хания, окисления, окислительного разру­шения. Если содержание кисло­рода больше, то скорость окислитель­ных процессов резко возрастает в организ­мах и происходит окислительная токсикация че­ловека.

Образование раковых клеток в организме происходит за счет окисления. А состав атмосферы определяется нормальной скоростью окислительных процессов в нашем организме.

Содержание влаги в воздухе определяет нормальную скорость образо­вания облаков и вы­падения осадков.

Содержание озона обеспечивает защиту от УФ-лучей. Если образуются озоновые дыры, то снова увеличивается скорость радикально-цепных процессов (рак).

Среднегодовая температура на Земле составляет 13,6 °С. Она наиболее оптимальна для реакций окисления и разрушения. Поэтому атмосферный воздух явля­ется наиболее оптимальной средой для оби­тания человека.

Функции.

Азот - разбавитель.

Кислород. Он необходим для поддержания процессов дыхания и прове­дения окислительных процессов в про­мышленности.

Углекислый газ. Необходим для фотосинтеза. По этой же реакции обра­зуется тепло и хло­роформ?. Газ воспол­няется в реакциях разложения органики и горения.

Озон. Поглощает УФЛ. В крупных городах образуется в приземном слое за счет фотохими­ческого смога. Этот озон наиболее нежелателен для нас. (1,5 - 3 м над уровнем земли).

Водяной пар. Участвует в образовании облаков и выпадении осадков. Влажность определяет оптимальные ус­ловия для жизни животного и растительного мира.

Содержание других газов довольно постоянно. Состав воздуха претер­певает в последние годы изменения.

Загрязнение атмосферы - изменение состава за счет поступления приме­сей. Они могут по­ступать как естествен­ным путем, так и антропоген­ным.

Естественным путем в атмосферу поступает основная часть всех приме­сей. Примеси антро­погенного характера являются последней каплей, с которой природа справится не может.

Вещества-загрязнители бывают:

1) газообразные

2) аэрозольные.

СОСТАВ КИСЛОТНЫХ ДОЖДЕЙ.

Присутствуют три кислоты - серная, сернистая и азотная. На долю серной и сернистой прихо­дится 2/3; азотной - 1/3 часть.

ГЕОГРАФИЯ КИСЛОТНЫХ ДОЖДЕЙ.

Над Россией идут кислотные дожди с рН=4,5-5,5. Над западной Европой рН =4,5-5.

Утренняя роса и туманы также имеют малую величину рН. Влияние кислотных дождей на живые организмы:

а) водоемы. Обычно рН системы водоема примерно 8. Если значение рН достигает 7, то на­чинается гибель икры некоторых ценных рыб (наблюдается недостаток кальция). Если рН=6, то погибает икра всех рыб и креве­ток. Если рН<6 , но выше 5.5 - погибает планктон и дру­гие микроорганизмы. Если рН=5.5, появляется мох сфагнум, который не пригоден для пита­ние жителе водоемов. При рН=4 погибают ля­гушки, вода стано­вится стерильной. От сфагнума выделяются сероводо­род и метан. Это последствия прямого влияния.

Косвенные влияния. Оно описывается следующей реакцией:

в слабощелочной среде гидроксид алюминия лежит в осадках донных отложений, но катион Al³⁺ является токсичным. Болезнь Альцгеймера связана с отравлением этим ка­тионом.

б) почва. Попадая на почву, кислотные дожди нарушают ее структуру, убивают полезные микроорга­низмы, растворяют и вымывают полезные микро­элементы, растворяют природные мине­ралы в почвах. При этом почва уплотняется, закисляется, теряет питательные элементы, снижается пло­дородие. В некоторых странах почву обрабатывают содой.

в) растения. Попадая на растения, кислотные дожди нарушают структуру клеток. Это приводит к сниже­нию скорости фото­синтеза, следовательно снижаются урожайности культур. Среди культур­ных растений наиболее чувстви­тель­ными являются: пшеница, овес, помидоры, свекла, ре­дис, люцерна. В некоторых случаях кислотные дожди влияют на окраску листьев. Если ПДК превышена в 5-10 раз, то краснеют иглы сосны.

г) памятники В Голландии памятники тают как леденцы. В Греции 24 века простоял храм Пероденона, но за последние 24 года он перенес серьезные разру­шения. Железные конструкции корроди­руют.

д) человек. Считается, что сегодняшний рост болезней дыхательных путей есть следствие отравления кислотными дож­дями.

Физические свойства.

Диоксид серы - не горюч, с резким за­пахом.

Человек начинает ощущать его, если содержание колеблется 3-6 мг/м³. Если концен­трация SO₂ больше 20 мг/ м³, то раздражаются сли­зистые оболочки глаз и дыхательных пу­тей. Если средне годовое содер­жание SO₂ колеблется в пределах 4-6 мг/ см³ , то затрудня­ется дыхание и усиливаются болезни легких. SO₂ снижает иммунитет организма - первоис­точник техногенного СПИДа. Таким образом, диоксид серы - это источник хро­нических бо­лезней.

Нельзя ли обойтись без серы? Оказывается - нет. 88% всех химических производств исполь­зуют серу. Напри­мер, для изготовления одного ав­томобиля требуется 14 кг серы. Для произ­водства 1 тонны целлюлозы - 100 кг серы.

На одного жителя в год по Башкирии приходится 60 кг оксидов серы, 32 кг оксидов азота, 140 кг СО. (Данные 1996 года).

Способ детоксикации организма от SO₂ .

в последние годы в организмах млекопитающих найден фермент суль­фиоксидаза, который способен доокислить SO₂ до SO₄^2-.

Пути снижения SO₂ в атмосферном воздухе.

1) замена топлива с меньшим содержанием серы. Мазут не должен со­держать выше 0,02 % серы.

2) очистка топлива от серы

3) улавливание серы из отходящих газов.

Существуют пути снижения влияния кислотных дождей:

обработка почвы негашеной известью, водоемы обрабатывают карбона­том кальция.

ОКСИДЫ АЗОТА.

Естественными путями поступает 80-90% оксидов азота. Естествен­ными источниками являются :почвенные бактерии, лесные пожары, грозы, нитрификация в почве

реакция

Антропогенные источники -

а) сжигание ископаемого топлива. NO_x образуется тремя меха­низмами:

1) термические оксиды - в результате высокотемпературного окисления азота кислородом воздуха (цепная ра­дикальная реакция )

2) быстрые оксиды азота - в результате воздействия углеводородных радикалов с азотом воздуха ( при недос­татке кислорода; углеводо­родный радикал получается в процессе го­рения топлива)

3) топливные оксиды азота - образуются в результате превращения свя­занного азота в зоне пламени.

б) сжигание биомассы

в)выхлопные газы автотранспорта (за год поступает 60мл тонн в пересчете на NO₂ . Транспорт выбра­сывает 95% NO_x остальные 5% приходятся на другие промышленности.

Поведение NO_x в атмосферном воздухе. Физико-химические свойства.

В атмосферном воздухе среди NO_x наибольшей концентрацией обладают NO и NO₂.

Эти оксиды обладают ярко выраженным раздражающим действием на слизистые оболочки людей и животных.

Глобальные факторы действия на атмосферный воздух.

1. участвуют в образование кислотных дождей.

2. разрушает озоновый слой.

Одна молекула NO способна разрушать до 15000 молекул озона.

3. В некоторых случаях NO_x защищают озоновый слой. ClO разрушает озон. Эта реакция протекает на высоте 25-30 км (выше озонового слоя).

4. NO_x участвует в образовании фотохимического смога.

Фотохимический смог считается комплексным загрязнителем атмосферы.

СМОГ.

Смог (с англ - дым + туман).

С химической точки зрения относительно не опасные вещества (SO₂ , NO₂, метан). Под дей­ствие м фотохимического излучения превращается в более опасные загрязнители - SO₃, аль­дегиды, озон, пероксиацетилнитраты).

Причины образования смога.

Температурная инверсия.

При нормальных условиях температура у поверхности Земли

теплый воздух легче холодного, он уносит загрязнители наверх, где они рассеиваются, по­этому большой концентрацией загрязнителей у поверхности земли не наблюдается. В неко­торых случаях происходит температурная инверсия - смена слоев теплого и холодного воз­духа у поверхности земли, холодный воздух подтекает под слой теплого воздуха.

в результате, в холодном воздухе у поверхности земли загрязнители концентрируются, они здесь не рассеиваются (эффект прокуренной комнаты) - это одна из главных причин смогов.

Смоги бывают:

1) зимние (Лондонский)

2) летние (Лос-Анджелесовский).

ЗИМНИЕ СМОГИ.

Впервые был описан в декабре 1952 года. В Лондоне произошла избыточная смертность в количестве 4000 человек за месяц. Для обогрева сжигали много топлива с высоким содер­жанием серы. При этом выделялся диоксид серы - основной компонент зимнего смога.

Физико-химические процессов в зоне смога не происходит. Обычно подвергаются те го­рода, где сжигают много топлива (СЕВЕР), и рельеф местности способствует температурной инверсии.

ЛЕТНИЙ СМОГ(фотохимический).

Летом в результате интенсивного солнечного излучения в среде загрязнителей воздуха идут фотохимические реакции. В этом случае образуются более вредные загрязнители из менее вредны - альдегиды, озон, ПАН (пероксиацетилнитраты). В воздухе наблюдается синеватая дымка до сто превышений ПДК озона. Озон - сильный окислитель. В результате его воздей­ствии идут окислительные процессы у всего живого, ухудшается видимость, люди чихают и кашляют. Это явление характерно для Еревана, Кемерово, Ангарск, Медногорск.

Ближе к полудню (12- 14 часов) наблюдается максимальная концентрация озона в призем­ном слое, поэтому нельзя загорать в это время дня.

СХЕМА ОБРАЗОВАНИЯ ПРОДУКТОВ ФОТОХИМИЧЕСКОГО СМОГА (модельная

Все эти переходные соединения содержат -О-О- связь, которая разрывается с образованием двух свободных радикалов, которые будут инициировать деструктивные реакции: вызывают старение и порчу всех химических веществ - красок, полимерных материалов и т.п.

Озон также попадает и в квартиры и сразу же вступает в реакцию с краской и мебелью, обоев. Поэтому в комнатах обычно не наблюдается высокая концентрация озона.

ВЛИЯНИЕ ПРОДУКТОВ ФОТОХИМИЧЕСКОГО СМОГА НА РАСТЕНИЯ.

Озон и ПАН оказывают самое вредное действие на растения. Если концентрация озона равна 1 м.д. , урожайность помидоров падает в 3 раза.

Причина: сильный окислитель в органах растений нарушает ферментативные реакции. Особы вред наносит на реакции энергоснабжения - нарушение цикла Кребса: обесцвечива­ние листьев, увядание цветов, прекращение плодоношения и роста.

В Уфе чаще всего наблюдается зимний смог.

УГЛЕВОДОРОДЫ В АТМОСФЕРЕ ВОЗДУХА.

В атмосфере воздуха в качестве углеводородов обнаружены:

растворители, бензин, растворители красок, органические чистящие вещества. В основном вся эта органика попадает в атмосферный воздух в виде паров.

Естественные источники: обычно составляют 85%:

1) продукты жизнедеятельности грибов, мха.

2) продукты распада органики

3) продукты жизнедеятельности растений.

Антропогенные источники:

1) выхлопные газы автомашин

2) испарение бензина из топливных баков

3) испарение из бензохранилищ

4) испарение отходов лакокрасочных цехов

5) станции автосервиса.

Обычно, в ДВС смесь топлива и воздуха всасывается, сжимается, воспламеняется, и выбрасывается. Эти четыре действия происходят примерно 25 раз за 1 секунду. За это время в зоне горения топлива достигается высокая температура. В момент выброса в атмосферный воздух попадают несгоревшие топливо. Так как горение не полное выбрасывается СО. В выхлопных газах обнаруживаются полиароматические углеводороды (ПАУ). Среди них мас­кимальную опасность представляет бензопирен - это загрязнитель первого класса опасности. Бензопирен страшен тем, что по цепочке почва - растения - животные - человек идет его на­копление. Особенно много бензпирена накопляется в мясных продуктах . Чем выше степень термической обработки, тем выше концентрация бензпирена. В капусте больше бензпирена, чем в помидорах .за год в среднем каждый житель РФ с продуктами питания получает при­мерно 2 мг бензпирена. Много его в табачном дыму. В среднем через каждые 2-3 часа один человек - из миллиона погибает от курения, а в автокатастрофах 1 человек из миллиона по­гибает через 2-4 дня, от спиртного - через 4-5 дней. Основные источники бензпирена (кроме автомашин):

1) цветная и черна металлургия

2) заводы по сжиганию мусора

ПАУ

являются очень устойчивыми, разлагаются только под действием ???

максимальная концнетарция ПАУ наблюдается зимой. На сегодняшний день от 60 до 90% всех раковых заболеваний идет за счет загрязнения атмосферного воздуха, в частности от ПАУ.

В городах смертность от рака легких в два раза больше, чем в сельской местности.

Смесь углеводородов и коисдов азота - основная причина смогов.

Если не углеводороды, то NO₂ в атмосферном воздухе проделывает цепочку реакций:

если же есть в атмосферном воздухе углеводород:

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ АВТОТРАНСПОРТА.

1.наибольшее количество загрязнителей выбрасывается при разгоне и торможени автома­шин, следовательно автомашины сильно загрязняют воздух при частых остановках. Сле­довательно в крупных городах должны быть система ивжений автомашин в режиме зеле­ного огня. В некоторых крупных городах это действует. Принимаются меры, например, в Париже в четные дни выезжают машины с четными номерами и т.п.

1. выбор наиболее оптимального режима работы двигателя - m_{топлива}:m_воздух=1:15. Чем больше воздуха засавыется, тем больше вовлекает в окисление азот. В разных двигателях это соотношение разное. В бензиновых двигателях величина a (которая показывает коли­чество кислорода, поступающего к количеству кислорода необходимого для полного сго­рания топлива) составляет 0,8-0,9

следовательно в этих двигателях в самой конструкции заложено неполное сгорание топлива. В дизельных дваигаелях

a=1,4-1,7 , то есть подается заведомо большой избыток воздуха. В бензиновых двигателях высоки выбросы оксидов углерода (конц. СО достигает 10-12%), УВ.

В дизельных двигателях выбросы оксидов углерода и УВ меньше, но больше оксидов азота.

В бензиновых двигателях образуются продукты неполного сгорания - альдегиды и сажа. В дизельных дваигетлях сажи выбрасывается намного меньше, чем из бензиновых двигателей. Сажа адсорбирует все канцерогенные вещества. В бензиновых двигателях применяют бен­зин, в котором во многих городах в качестве присадки применяют тетраэтилсвинец, следо­вательно много выбросов свинца. Дизельное топливо содержит много серы, поэтому в вы­бросах много оксидов серы.

Кроме того, дизельные двигатели имеют большой шум.

СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ.

Для этой цели применяют так называемые нейтрализаторы - двухступенчатый трехкомпо­нентный катализатор. Это дополнительное устройство, которое вводится в выпускную сис­тему вдивагтеля и предназначено для снижения токсичности выхлопных газов. Оно состоит из двух катализаторов ( окислительного и восстановительного).

в нейтрализатор поступают выхлопные газы, на пути находится восстановительный катали­затор (сплав меди и никеля). Здесь все оксиды восстанавливаются до нетоксичных продук­тов.затем слой окислительного катализатора - здесь протекают процессы доокисления всех ок­сидов.в результате прохождения выхлопных газов через нейтрализатор содержание оксидов азота падает в 6 раз, а сожержание оксидов углерода и УВ - в 2 раза. При этом лучше работает восстановительный катализатор. Имеются перспективы и проводятся работы. В автомаши­нах применяют более экономичные дизельные двигатели, используют сжиженный природ­ный газ, вместо тетраэтилсвинца используют УВ-добавки: метанол, высшие спирты, водо­род, некоторые сложные эфиры. На сегодняшний день перспективное развитие получает во­дородное топливо.

АЭРОЗОЛИ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ.

Аэрозоли - взвешенные в газообразной среде частички твердых и жидких веществ. В случае жидкости - это туман; в случае твердых частиц - дым.

Естественные источники:

1) пыльные бури

2) вулканы

3) лесные пожары.

Антропогенные источники:

1) сжигание топлива

2) металлургические заводы

3) ТЭЦ

4) заводы по производству строительных материалов

5) НПЗ

Особая вредность аэрозолей состоит в том, что в своем составе они содержат всю периоди­ческую систему. Особо опасно содержание оксидов свинца, железа и сурьмы.

Состав: всегда содержат 4 группы веществ - сульфаты, органические соединения, вода, твердый углерод???

Состав зависит от условий образования аэрозолей и метеоусловий.

В зависимости от размеров частиц аэрозоли делятся на:

1) тонкодисперсные (r<0.1 мкм).

2) среднедисперсные (r=0.1-1,0 мкм).

3) грубодисперсные (r >1 мкм).

В атмосферном воздухе присутствуют следующие типы аэрозолей:

1) пыльца растений

2) микроорганизмы, их споры

3) углеродная пыль

4) цементная пыль

5) удобрения

6) асбест

7) сухой песок.

Сверху вниз размеры частиц увеличиваются.

ГЛОБАЛЬНОЕ ВЛИЯНИЕ НА КЛИМАТ.

Аэрозоли находятся во взвешенном состоянии в атмосферном воздухе. Время нахождения зависит от размера частиц - чем крупнее частица, тем меньше время. Обычно время равня­ется нескольким суткам. За это время аэрозоли поглощают солнечное тепло, поэтому темпе­ратура у поверхности земли падает. Это снижение может достичь 0,3 градусов. Эффект - об­ратный парниковому.

Для сравнения - состав воздуха над океаном принимается за самый чистый. В сельской ме­стности атмосферный воздух в 10 раз грязнее, над городами - в 40 раз грязнее. Над боль­шими городами - в 150 раз грязнее.

Аэрозольная шапка над большими городами находится на высоте 1-2 км. Это плотная завеса задерживает 20% излучения летом и 50% зимой. Следовательно температура понижается у поверхности земли в глобальном масштабе.

Концентрация аэрозолей в воздухе (атмосфере) меняется в широких пределах 10⁴-10⁶ мг/м³. В городах содержание выше чем в сельской местности. Наибольшую опасность пред­ставляют аэрозоли свинца(10^-6-10^-4 мг/м³ до 10^-2).

Влияние аэрозолей на здоровье человека.

1. аэрозоли из пыльцы цветущих растений вызывают аллергические реакции.

2. аэрозоли, содержащие оксиды кремния вызывают респираторное заболевание - силикозу.

3. аэрозоли с оксидами железа - седирозу.

4. аэрозоли содержащие асбест являются канцерогенными. Аэрозоли содержат мелкие во­локнистые асбестовые палочки, не удерживаемые фильтрами.

5. аэрозоли с завода белково-витаминных концентратов содержат микробиологические пре­параты - мощные аллергены.

6. аэрозоли с полей - содержат гербициды, пестициды (канцерогены, аллергены)

Методы очистки атмосферного воздуха от отходящих газов.

Все способы делятся:

1) пассивные методы борьбы с выбросами

2) активные

Пассивные:

методы, использование которых не связано с непосредственным воздействием на ис­точник загрязнений, так называемые защитные методы. Они ограничивают поступление за­грязнителей в атмосферу и делятся на:

рациональное размещение источников загрязнения в зависимости от масштабов ре­шаемых задач:

1) рациональное размещение на общегосударственном уровне

2) рациональное размещение на территории данного региона

3) рациональное размещение цехов внутри одного предприятия

4) рациональное размещение оборудования внутри одного цеха.

РБ - пример нерационального размещения всех предприятий (нарушены три последних пункта)

локализация источников загрязнений

очистка газовых выбросов в атмосферу

Активные: суть - воздействие на источник загрязнения. Активные методы - те, кото­рые заключаются в совершенствовании технологий, разработке новых.

Активные методы имеют большие возможности для уменьшения количества загряз­нений и делятся:

-минимизация отходов производства, как в энергетическом так и в материальном смысле

1) прямые методы

2) косвенные методы

пример: уменьшение содержания диоксида серы. Если нефть очищать от серы, то уменьша­ется количество диоксида серы в атмосферном воздухе - прямой способ.

Если нефть не очищаем от серы, но провели реконструкцию печи, в которой идет полное сгорание топлива - косвенный метод.

-замена токсичных отходов на нетоксичные. Это сложный способ, достигается совершенст­вованием технологий;

-замена не утилизируемых отходов на утилизируемые (достигается совершенствованием технологической цепочки). Пример, при производстве соды образуются целые озера, можно остановить реакцию на стадии образования нитратов (удобрения).

-создание безотходных технологий (замкнутых цепей). Отходы одного производства - сырье для другого. Достигается созданием энергосберегающих технологий (комплексное исполь­зования сырья, как в природе.

Методы очистки атмосферного воздуха от пыли.

А) механические обеспыливающие устройства (осадительные камеры, инерционные пыле­улавливатели, циклоны) - первый грубый этап очистки. Эти устройства улавливают крупно­дисперсные аэрозольные частицы.

Б) мокрые пылеулавливатели (идет промывание газовых выбросов жидкостями) - эффектив­нее чем первый этап.

В) пористые фильтры.

Г) электрофильтры

Д) применение ультразвуковых аппаратов

Е) электрохимические методы.

А). Вся пылеулавливающая аппаратура - оборудование для улавливания пыли сухим спосо­бом. Сюда входят пылеосадительные камеры, инерционные пылеулавливатели: циклоны, ротационные пылеулавиливатели. Названы по мере увеличения эффективности очистки - здесь крупные частицы оседают под действием силы тяжести.

В инерционных на пути ставится перегородка, частицы ударяются, меняют траекторию и оседают в шламонакопителе. Наибольшую эффективность проявляют электрофильтры (99,9%).

Б). Оборудование для улавливания мокрым способом: рототрон, скрубберы Вентури, пенные аппараты.

Наиболее распространен сухой способ очистки газовых выбросов - циклоны.

Есть несколько вариантов. Например, подвод газа идет по касательной к боковой поверхно­сти, вращается по циклону, приближаясь к нижнему бункеру. Вскоре пыль оседает на стен­ках циклона и спускается вниз в бункер под действием силы тяжести.

Чистый газовый поток резко меняет свою траекторию, идет резко вверх и выходит через верхний патрубок (для этого поворачивают на 180 град.).

Требование - герметичность.

Эффективность невысокая, идет для очистки грубодисперсных частиц. Лучше устанавливать несколько циклонов сразу (батарея из 5-10), большая эффективность. Требует небольших затрат. Применяется в производстве серной кислоты. Эффективность возрастает , если по­верхность внутри смочить водой.

От мелкодисперсных аэрозолей очистку ведут с применением матерчатых фильтров (пыль задерживается на ворсистом материале - лавсан, войлок).

Аппарат оформления - герметичная установка. Воздух идет через матерчатые рукава, выходит снизу. Рукава очищают, вытряхивают. Стоимость метода мала. Часто совмещают циклон и матерчатый фильтр.

Электрофильтры - состоят из двух электродов: осадительный (корпус электрофильтра, куда подается положительный заряд и корпус заземляется); внутри - экранирующий электрод (отрицательный заряд высокого напряжения.

Грязный поток поступает в корпус, пыль под действие м отрицательного заряда за­ряжается и оседает на стенках электрофильтра, стекает под действием силы тяжести. Таким образом достигается максимальная эффективность. Применяется в ТЭЦ, в производстве фосфорной кислоты.

Ультразвуковые аппараты.

Принцип: газовый поток обрабатывается ультразвуком, идет акустическая коагуляция (укрупнение частиц). Их оседание происходит с большей эффективностью, применяют ци­клоны и т.п.

источники ультразвука - сирены, слуховые аппараты. Однако при этом создается дополни­тельное шумовое загрязнение.

Эффективно применяется для очистки от сажи, тумана.

Фильтр-поглотитель академика Петрякова.

Каталитическая очистка.

но мы знаем какие трудности следуют из применения катализаторов.

С водяным паром:

катализатор такой катализатор выдерживает температуру 600 град, а процесс ведут при 300-500 град. Этот метод применяется, кода содержание СО велико (принцип Ле-Шателье).

Процесс метанирования

применяется в случае, когда содержание СО мало, не выше 2% ( иначе применение не вы­годно). Степень связывания СО высока - до 10^-4 %, поэтому применяют как заключительный этап очистки. Катализатор -

ОХРАНА ВОДНЫХ РЕСУРСОВ.

Вода, ее свойства, распространение в природе. Роль в жизнедеятельности человека.

Удельный объем водопотребления - суточный объем воды в литрах, необходимый человеку, в крупных городах составляет 600, в сельской - 200 литров, если отсутствует водопровод, то - 50 литров.

Основные виды природных вод: пресные поверхностные воды(реки, озера, водохранилища), подземные, почвенная влага, воды ледников, воды океанов.

В расчете на душу населения Россия занимает первое место. В европейской части наблюда­ется резкий дефицит плюс южные районы и в центральной части. Хорошо обеспечена Си­бирь (озеро Байкал).

Водные запасы характеризуются активностью водообмена - скорость возобновления водных ресурсов гидросферы до полного объема. Самой большой активностью обладают реки - за 10 - 14 суток, озера - за год не больше 1,5 %??? , вода в атмосфере 10-15 су­ток, подземные и ледники -1000 лет.

Из пресных вод наиболее эксплуатируются реи. Антропогенное воздействие уменьшает вод­ные запасы. Водные запасы Волги уменьшены на 10%, Дона, Терека - на 30-40%.

Различают 4 категории водопользования:

1) для охлаждения продуктов производства (вода с продуктами не соприкасается, не загряз­няется, используется многократно).

2) как среда для поглощения примесей (загрязняется и образуются шламовые производства, одноразовое использование)

3) для очистки газов, очистки кокса (загрязняется)

4) применяется как растворитель или экстрагент.

Для всех четырех предприятий обязательно выполнение следующих норм:

1) вода должна оставаться безвредно для здоровья контактируемого персонала,

2) должна обладать свойствами регенерации,

3) вода не должна обладать отрицательными органолептическими свойствами

4) вода используемая в теплообменниках должна иметь антинакипь.

СИСТЕМЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ.

1. Прямоточное водоснабжение - из источника в производство. После производственного цикла вода поступает на очистные сооружения. Плюсы: вода подвергается обязательной очистке; минусы: такая система требует большого расхода воды.

2. последовательное водоснабжение - после первого цикла поступает в следующий цикл производства. Минусы: вода сильно загрязняется, появляются шламовые. Плюсы: по­требление гораздо меньше, чем в прямоточном.

3. оборотное водоснабжение - вода после очистки не сбрасывается в водоемы, а поступает обратно в производство. Плюсы: требуется меньше воды чем в 1 и 2.

Расход воды зависит от климатических условий. В северных районах потребление меньше, чем в южных районах.

Водоемкость производства - количество воды в м³­ , необходимое для производства 1 тонны продукции.

Для 1 тонны химического волокна требуется 2000 -3000 тонны воды, целлюлозы - 500 тонн, чугуна - 50 тонн.

Экономическое обоснование водопотребления: - количество воды, которое содержит сы­рье; -количество воды, которое находится в обороте данного производства, -количе­ство воды, которое предприятие забирает из водоема, -количество воды, которое сбрасы­вается после очистки в водоем.

Показатели:

1) процент оборота воды - чем больше процентов, тем лучше используется вода

2) коэффициент использования воды , меньше единицы, для химической промышленности =0,73

3) кратность использования воды , больше 1. Чем больше тем лучше.

4) коэффициент потребления воды -это показатель безвозвратной по­тери воды.

ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГИДРОСФЕРЫ:

1) сточные воды промышленных предприятий

2) городские сточные воды

3) канализационные воды животноводческих хозяйств.

4) дождевые, талые с растворенными химическими соединениями с полей и с улиц.

5) водный транспорт

6) естественные осадки (кислотные)

На сегодня по РФ примерно 50% населения пьет воду не соответствующую гигиеническим требованиям. Где-то повышена жесткость, тяжелые металлы, химических выбросы. Наибо­лее загрязнены подземные воды в западных районах РБ - Туймазинский район, Октябрьский - максимальный дефицит воды для человека.

ОСОБЕННОСТИ ВОДНЫХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ.

Загрязняющие вещества ..... ионов, попав в атмосферный воздух распределяются в нем равномерно. В водоемах другая картина - концентрирование загрязнителей в поверхно­стном слое.

Рисунок

В поверхностном слое молекулы обладают иными свойствами, чем те молекулы, которые находятся в глубине. Происходит концентрирование в поверхностном слое воды., особенно таких веществ, как ПАВы, нефть и нефтепродукты. Результаты: нарушаются тепловой об­мен, обмен влагой и газами между водой и атмосферным воздухом. Если есть нефтяная пленка, то скорость испарения воды уменьшается в два раза, это влияет на погодные усло­вия.

Концентрирование загрязнителей в придонном осадке.

Рисунок

загрязнители оседают на взвешенные частицы и попадают в придонный осадок- это «помойная яма». Таким образом, анализ воды надо вести с придонного слоя, с поверхности и с толщи воды. Именно так поступают в Нидерландах.

Концентрирование загрязнителей в биоте.

Рисунок.

С₁-концентрация загрязнителей в воде

С₂ - концентрация загрязнителей в рыбе

С₂/С₁ >>> 1.

Для [Hg] С₂/С₁=1000.

То есть в рыбе загрязнители концентрируются в большей степени. В природе существует так называемые пищевые цепи: морская вода - планктон-рыба-птицы-человек. В конечном звене цепи концентрация загрязнителей в миллион раз больше чем содержалось в морской воде.

В 50-ые годы применялся ДДТ: в воде - дождевые черви-глухарь-

Очень вредны пищевые цепочки с участием соединений фтора. Соединения фтора при избы­точной концентрации вызывают размягчение костей - болезнь распространена в тех рай­онах, где есть алюминиевые заводы.

Существует так называемая избирательное накопление загрязнителей. Волосы и ногти нака­пливают в себе мышьяк, ванадий, теллур, ртуть и алюминий; почки накапливают кадмий, ртуть, кадмий; кишечник - олово; слизистые глаз избирательно накапливают барий; мозг - соединения меди.

Избирательное накопление характеризуется количественно так называемым коэффициентом дискриминации:

коэффициент накопления загрязнителя в биоте.

Формула

коэффициент дискриминации - отношение двух коэффициентов в двух органах, тканях.

Разные организмы по разному относятся к тем или иным элементам. В некоторых случаях организмы имеют особые тяготения к тому или иному загрязнителю. Например, мышьяк в значительных концентрациях накапливается в бурых водорослях. Видимо, мышьяк им ну­жен как микроэлемент. Позвоночные накапливают соединения фтора, папоротники - нио­бий, моллюски - германий, планктон- железо.

Конкуренция токсичных веществ с биогенными элементами.

Многие токсичные элементы по физико-химическими свойствами схожи с биогенными эле­ментами.

Биогенные элементы	токсичные элементы
калий	цезий
Кальция	стронций 90
Цинк	кадмий
Магний	бериллий

Эти токсичные элементы, попав в организм человека проводят конкурирующие реакции. Например, цинк участвует в естественном биохимическом синтезе. Вместо него вступает кадмий, следовательно естественная ферментативная реакция вышла из строя.

За первый год жизни младенец получает токсичных элементов столько, сколько 50 лет назад получал за 40 лет жизни.

Нарушение химической коммуникации.

Загрязнители, попав в водоемы нарушают химическую коммуникацию. В карповых рыбах при проявлении опасности начинают действовать ферромон тревоги. Если в водоем попал фенол с концентрацией 5мг/л этот ферромон перестает срабатывать. Если концентрация 20 мг/л, ферромон исключается из жизненного цикла, следовательно нарушается природный баланс водоемов. Это в некоторых случаях применяют для борьбы с вредителями сельскохо­зяйственных культур и леса.

Поведение водных загрязнителей.

Поведение водных загрязнителей сильно зависит от параметров водной системы: темпера­туры воды - влияет на количество растворенного кислорода (обратно пропорциональная за­висимость). Количество кислорода влияет на состояние водоема в целом. Пример, водоем попали отходы, содержащие углерод, водород, кислород, азот, фосфор, серу. Как справится водоем с этими загрязнителями зависит от количества растворенного кислорода:

-если кислорода много, то происходят аэробные процессы окисления с образованием угле­кислого газа, воды, диоксида азота, нитратов, фосфатов, сульфатов - качество воды непло­хое

-если кислорода мало, происходят анаэробные процессы окисления образованием метана, сероводорода, фосфина, ам