Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу: источники и нормирование

Работа промышленных предприятий всегда сопряжена с выбросами вредных веществ в атмосферу. Высокая концентрация токсических веществ в окружающей среде приводит к ухудшению экологического баланса – парниковый эффект, озоновые дыры, кислотные дожди.

Задача человека в этом вопросе – минимизировать негативный эффект своей деятельности. При несоблюдении нормативных предписаний локальные проблемы приведут к глобальным катастрофам.

Основные источники

Выбросы в атмосферу подчиняются физическим законам турбулентности и зависят от следующих условий:

текущее состояние атмосферы;
географические особенности местности;
высота источника сброса загрязняющих веществ;
физико-химические свойства сброса.

Загрязняющие вещества двигаются в двух основных плоскостях – горизонтальной и вертикальной.

Горизонтальное перемещение	Вертикальное распространение
Главный фактор, определяющий движение в плоскости земли, — скорость потока воздуха. При увеличении скорости отмечается разбавление массы вредных веществ с формированием пониженной приземной концентрации.	Чтобы столб пыли поднимался вверх, температура газовоздушной смеси должна быть больше температуры окружающего воздуха.

Рассматривают классификацию источников выброса загрязнения в атмосферу, основанную на расположении и организации:

[info-box type=»bold»]Точечные. [/info-box]
Выводимые вещества сосредоточены в одной области. Такими источниками являются котельные трубы, шахты, вентиляторы на крышах, тепловозы в виде труб.
[info-box type=»bold»]Линейные. [/info-box]
Отличаются от точечных протяженностью выброса – аэрационные фонари, открытые окна, несколько рядом расположенных вентиляторов на крыше
[info-box type=»bold»]Площадные. [/info-box]
В эту группу включены однотипные организованные и рассредоточенные неорганизованные источники.

На основании классификации источников выброса были определены наиболее загрязняющие атмосферу деятельности и предприятия. На первое место вынесены тепловые электростанции, автотранспорт, промышленность.

Не менее опасными для экологии считаются отопительные котельные. Для уменьшения негативного эффекта от сброса рекомендуется модернизировать:

перевод на газовое топливо;
установка газогорелочных устройств, оснащенных автоматическими датчиками контроля;
обучение сотрудников для качественной наладки оборудования.

Отдельный пункт в вопросе загрязнения атмосферы – аварийные сбросы. В этом случае поступление опасных, токсичных веществ не блокируется системами очистки.

Вредные органические соединения в промышленных выбросах в атмосферу

Загрязнение атмосферы происходит по причине двух типов агрегатных состояний веществ:

газы;
аэрозоли с мелкодисперсными взвесями.

Для возникновения газообразных выбросов вредных веществ в атмосферу требуется – горение, производственные процессы и естественные источники. Из них 90% приходится на деятельность человека – антропогенный характер.

Состав газообразных смесей многообразен – первичные вещества, продукты распада, варианты взаимодействия. Наиболее распространенные токсические соединения, обнаруженные в промышленных выбросах:

ацетон;
оксид углерода;
фенол;
серный и сернистый ангидрид;
этилбензол и его производный – стирол;
соединения фтора, хлора;
окислы азота;
этилмеркаптан.

Химическое вещество	Источники и особенности влияния
Оксид углерода (CO)	Возникает при горении углеродсодержащих веществ – выхлопные газы сбросы промышленных предприятий, сжигание твердых отходов. В воздухе взаимодействует с элементами атмосферы, провоцируя парниковый эффект.
Сернистый ангидрид (SO2)	Появляется при работе с сернистыми рудами, серосодержащим топливом. Частично – в горнорудных отвалах при горении органических остатков.
Серный ангидрид (SO3)	Формируется в результате окисления сернистого ангидрида с образованием аэрозоля или раствора серной кислоты. При контакте с дождевой водой приводит к выпадению токсичных осадков. Низкая облачность, повышенная влажность повышают риск кислотных дождей. Результат их виден на поверхности листьев растений в виде точечных некротических вкраплений.
Сероводород (H2S) и сероуглерод (CS2)	Источники – коксохимические, нефтеперерабатывающие предприятия, также при производстве сахара и искусственного волокна. В атмосфере медленно окисляются до серного ангидрида. Обладают специфическим неприятным запахом.
Окислы азота (N)	Выбросы оксидов азота отмечаются на предприятиях, производящих минеральные удобрения, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Превышение диоксида азота проявляются тяжелыми формами отравления.
Соединения фтора (F)	При создании эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений в атмосфере появляются соединения фтора газообразном агрегатном состоянии (фтороводород, пыль фторида натрия и кальция). Обладают выраженным токсическим эффектом.
Соединения хлора (Cl)	Источники – химическая промышленность (производство соляной кислоты, хлоросодержащих пестицидов, органических красителей, хлорной извести, соды).
Углеводород	Выброс углеводорода в атмосферу отмечается при испарении нефтепродуктов.

Токсичность выбросов в атмосферу

В отношении выброса специфических загрязняющих веществ важным моментом является их токсичность. Показатель определяет уровень негативного воздействия на человека, окружающую среду, флору и фауну. Величина токсичности обратно пропорциональна летальной дозе.

На основании этого показателя загрязняющие вещества бывают:

[info-box type=»bold»]Минимально токсичными. [/info-box]
К группе относятся инертные газы, которые в стабильных условиях не представляют опасность. Но при повышении атмосферного давления действуют наркотически.
[info-box type=»bold»]Умеренно токсичными.[/info-box]
- Фреоном заполняют системы охлаждения в холодильниках и кондиционерах. При неправильной утилизации происходит выброс фреона в атмосферу. При этом количество поступающего вещества равно заложенному в холодильнике объему. Попадая в атмосферу, в результате фотодиссоциации выделяется активный хлор. Он вступает в реакцию с озоном с образованием моноокиси хлора, разрушающего озоновый слой.
- Если уровень выброса метана в атмосферу не превышает ПДК, то отравляющего воздействия не отмечается. Поэтому его условно относят к умеренно токсичным веществам.
[info-box type=»bold»]Высокотоксичными.[/info-box]
[info-box type=»bold»]Смертельно опасными.[/info-box]

Для определения уровня выброса загрязняющих веществ в атмосферу на предприятиях проводятся регулярные замеры. Контролируют ПДВ (предельно допустимый выброс) на организованных источниках – дымовые и вентиляционные трубы, шахты. Критерием введения дополнительных очистных сооружений служит превышение нормативных показателей.

Нормирование выбросов в атмосферу

Нормирование загрязняющих выбросов регламентируется Федеральным законом №96 (04.05.1999) «Об охране атмосферного воздуха». Проводится для следующих видов промышленных объектов, обладающих стационарными источниками загрязнения:

строящегося;
проектируемого;
находящегося в фазе реконструкции.

Цель нормирования – сохранение качества воздуха за счет контроля предельно допустимого содержания токсических веществ. Для определения ПДВ стационарного источника требуются:

технические нормы выбросов;
уровень фонового загрязнения.

В результате вычисляется максимальный сброс, не приводящий к снижению характеристик атмосферного воздуха и ухудшению экологической обстановки.

В отношении неорганизованных источников применяется ГОСТ Р 56162-2014. С помощью данного стандарта проводится расчет выброса загрязняющих веществ в атмосферу автотранспортом. Для анализа берут следующие химические соединения выхлопных газов:

оксид углерода;
оксид азота;
углеводород;
сажа;
диоксид серы;
формальдегид;
бензапирен.

Учет вредных выбросов в атмосферный воздух

С целью контроля выбросов в атмосферу руководители предприятий проверяют с помощью расчетных и аналитических методик окружающий воздух. Инвентаризация выбросов загрязняющих веществ в атмосферу регламентируется Федеральным законом №96 (04.05.1999) «Об охране атмосферного воздуха». Полученные данные документируют и хранят для динамической оценки.

Регулярно учитывают ПДК (предельно допустимые концентрации) вредных веществ в атмосферном воздухе на 18000 предприятий. По данным на 2010 год показатель составил 24,8 млн. тонн, что на 11,7% меньше, чем в 2009 году. При оценке отдельных регионов показатель возрос по причине нарушений технологических режимов, использования сырья низкого качества.

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу и России и мире

Рассеивание вредных газовых выбросов в атмосфере

Загрязненность атмосферы обнаруживается:

в городах;
соседних территориях;
фоновых районах.

Рассеивание вредных выбросов в атмосфере приводит к ухудшению экологической обстановки. Частота выпадения кислотных дождей, приводящих к закислению земель, растет.

Экологи обращают внимание на изначально безвредные для человека вещества. В частности – фреон, попадающий в верхние слои атмосферы, нарушает целостность озонового слоя. В результате на Землю попадают агрессивные солнечные лучи, провоцирующие рак кожи. Дополнительно фрагментарное разрушение озонового слоя в сочетании с выбросами парниковых газов приводит к постепенному повышению температуры.

Изменение климата не так безвредно, как представляется на первый взгляд. Происходит сокращение плодородных земель, что в ближайшем будущем отразится на количестве продуктов питания.

Очистка выбросов в атмосферу

Строгие требования ПДК обязывают предприятия использовать разные методики очистки выбросов в атмосферу. Существует сухие и мокрые способы очистки газовых выбросов в атмосферу.

В таблице указаны особенности сухих методов:

Гравитационное осаждение

Пылеулавливание (инерционное и центробежное)

Фильтрация

В основе подхода – осаждение твердых частиц под силой тяжести. Поток воздуха сохраняется минимальным, направление не изменяется. Используют для первоначальной очистки от крупных фрагментов.

1. Инерционное осаждение. Частицы стремятся сохранить текущее движение на фоне измененного направления потока воздуха. Жалюзи улавливают такие фрагменты, фиксируют на поверхности.

2. Центробежный метод (циклонный). Загрязняющие вещества в газовой смеси осаждаются при вращении очистного аппарата.

При прохождении через фильтр (хлопок, шерсть, стекловолокно, пористые структуры) газ очищается от примесей.

Мокрый метод очистки газовых выбросов в атмосферу базируется на промывании жидкостью с последующим охлаждением. Относится к универсальным, распространенным способам. Применяется на заключительном этапе.

Предупреждение вредных выбросов в атмосферу

Для предупреждения поступления вредных выбросов в атмосферу промышленные предприятия обязаны соблюдать нормативы ПДВ. При превышении показателей – внедрять дополнительные очистные установки, применять новые подходы очистки газовых смесей.

Для организаций, находящихся в фазе проектирования и строительства, требуется учитывать состояние атмосферного воздуха, прогнозировать влияние будущей деятельности.