§ 3. Защита атмосферы

Для защиты воздушного бассейна от негативного антропо­генного воздействия в виде загрязнения его вредными вещест­вами используют следующие меры:

• экологизацию технологических процессов;

• очистку газовых выбросов от вредных примесей;

• рассеивание газовых выбросов в атмосфере;

• устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения и др.

Наиболее радикальная мера охраны воздушного бассей­на от загрязнения — экологизация технологических процес­сов и в первую очередь создание замкнутых технологических циклов, безотходных и малоотходных технологий, исклю­чающих попадание в атмосферу вредных загрязняющих ве­ществ.

Экологизация технологических процессов предусматрива­ет, в частности, создание непрерывных технологических про­цессов производства, замену местных котельных установок на централизованное тепло, предварительное очищение топлива и сырья от вредных примесей, замену угля и мазута на природ­ный газ, применение гидрообеспыливания, перевод на элек­тропривод компрессоров, сваебойных агрегатов, насосов и др. Все шире применяют частичную рециркуляцию, т. е. повтор­ное использование отходящих газов.

Учитывая исключительную актуальность охраны атмосфер­ного воздуха от загрязнения отработанными газами (ОГ) авто­мобилей, первоочередной проблемой является создание эколо­гически «чистых» видов транспорта. В настоящее время ведет­ся активный поиск более «чистого» топлива, чем бензин. В ка­честве его заменителя рассматриваются экологически чистое газовое топливо, метиловый спирт (метанол), малотоксичный аммиак и идеальное топливо — водород. Продолжаются ин­тенсивные разработки по замене карбюраторного двигателя на более экологичные типы — дизельный, паровой, газотурбин­ный и др. В опытно-конструкторских бюро созданы пробные модели автомобилей, работающих на энергии электрических аккумуля­торов в черте города, а за его пределами переходящих на работу на обычных карбюраторных двигателях. Продолжаются работы по созданию идеального с точки зрения экологических требова­ний вида транспорта — автомобиля на солнечных элементах.

К сожалению, нынешний уровень развития экологизации технологических процессов, внедрения замкнутых технологи­ческих циклов и т. д. недостаточен для полного предотвраще­ния выбросов токсичных веществ в атмосферу. Поэтому на пред­приятиях повсеместно используются различные методы очи­стки отходящих газов от аэрозолей (пыли, золы, сажи) и ток­сичных газо- и парообразных примесей (N0, N0₂, S0₂, S0₃ и др.), однако, с точки зрения будущего, аппараты пылегазоочистки по вышеуказанным причинам не имеют перспектив.

Для очистки выбросов от аэрозолей в настоящее время при­меняют различные типы устройств в зависимости от степени запыленности воздуха, размеров твердых частиц и требуемого уровня очистки.

Сухие пылеуловители (циклоны, пылеосадительные каме­ры) предназначены для грубой механической очистки выбро­сов от крупной и тяжелой пыли. Принцип работы — оседание частиц под действием центробежных сил и сил тяжести. Пылегазовый поток вводится в циклон через патрубок, далее он совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса; частицы пыли отбрасываются к стенкам цикло­на и затем падают вниз в сборник пыли (бункер), откуда перио­дически удаляются. Для повышения эффективности работы применяют групповые (батарейные) циклоны.

Мокрые пылеуловители - скрубберы, турбулентные, газопро­мыватели и др.) требуют подачи воды и работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель под действием сил инерции и броуновского движения. Наибольшее практиче­ское применение получили скрубберы Вентури, ко­торые обеспечивают 99% очистки от частиц размером более 2 мкм и, как все мокрые пылеуловители, незаменимы при очи­стке от пыли взрывоопасных и горячих газов.

Фильтры (тканевые, зернистые) способны задерживать мелкодисперсные частицы пыли до 0,05 мкм. Особенно эф­фективны рукавные фильтры с тканями из синтетических во­локон повышенной термостойкости (250-300 °С) типа «суль фон-Т», фильтровальные металлические ткани (до 800 °С), а также фильтры из тканей типа ФПП и ФПА, дающие высокую степень очистки.

Электрофильтры — наиболее совершенный способ очистки газов от взвешенных в них частиц пыли размером до 0,01 мкм при высокой эффективности очистки газов (99,0-99,5%). Прин­цип работы всех типов электрофильтров основан на ионизации пыле-газового потока у поверхности коронирующих электродов. Приобретая отрицательный заряд, пылинки движутся к осадительному электроду, имеющему знак, обратный заряду коронирующего электрода. При встряхивании электродов осажденные частички пыли под действием силы тяжести падают вниз в сбор­ник пыли. Электроды требуют большого расхода элек­троэнергии — это их основной недостаток.

Наиболее эффективны комбинированные методы очистки от пыли. Например, отличные результаты дает очистка агло­мерационных газов в батарейных циклонах с последующей доочисткой в скрубберах Вентури, а также в электрофильтрах. (Защита окружающей среды..., 1993).

Способы очистки выбросов от токсичных газо- и парооб­разных примесей (N0, N0₂, S0, и др.) подразделяют на три основные группы: 1) поглощение примесей путем применения каталитического превращения; 2) промывка выбросов раство­рителями примеси (абсорбционный метод) и 3) поглощение га­зообразных примесей твердыми телами с ультрамикропористой структурой (адсорбционный метод).

С помощью каталитического метода токсичные компоненты промышленных выбросов превращают в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды путем введения в сис­тему дополнительных веществ, называемых катализаторами. Ши­роко применяют палладийсодержащие и ванадиевые катализато­ры. С их помощью происходит каталитическое дожигание окси­да углерода до диоксида и диоксида серы до оксида. Возможно также восстановление оксидов азота аммиаком до элементарного азота. Одна из разновидностей этого метода — дожигание вред­ных примесей с помощью газовых горелок (факельное сжигание), широко используется на нефтеперерабатывающих заводах.

Абсорбционный метод основан на поглощении вредных га­зообразных примесей жидким поглотителем (абсорбентом). В качестве абсорбента используют воду, растворы щелочей (со­ды), аммиака и др. Газообразные цианистые соединения аб­сорбируют, например, 5%-ным раствором железного купоро­са. Устройство, в котором осуществляют процесс абсорбции, называют абсорбером.

Адсорбционный метод позволяет извлекать вредные компо­ненты из промышленных выбросов с помощью адсорбентов — твердых тел с ультрамикропористой структурой (активирован­ный уголь и глинозем, силикагель, цеолиты, сланцевая зола и другие вещества). Например, на АЭС широко применяется ме­тод очистки технологических газов путем сорбции радиоактив­ных продуктов на угольных фильтрах — адсорбентах, которые позволяют надежно предотвратить загрязнение атмосферы при всех режимах работы АЭС («Защита окружающей среды..., 1993).

Рассеивание газовых примесей в атмосфере используют для снижения опасных концентраций примесей до уровня со­ответствующего ПДК. Как показывает опыт, в приземном слое атмосферы вблизи крупных энергетических установок (ТЭЦ, ТЭС, ГРЭС) и других предприятий концентрация вредных ве­ществ в отходящих газах может превышать предельно допус­тимые нормы, несмотря, на все применяемые меры по очистке газов и экологизацию технологических процессов.

Рассеивание пыле-газовых выбросов осуществляют с помо­щью высоких дымовых труб. Чем выше труба, тем больше ее рассеивающий эффект. На ряде предприятий высота дымовых труб достигает более 300 м. Так, на медно-никелевом комбинате в г. Садбери (Канада) высота трубы 407 м. Значительную высо­ту (не менее 100 м) имеют вентиляционные (выбросные) грубы на АЭС для рассеивания радиоактивных выбросов. Следует при­знать, что рассеивание газовых примесей в атмосфере — это да­леко не самое лучшее решение проблемы, связанной с загрязне­нием воздушного бассейна. По мнению А. Гора (1993), «приме­нение высоких дымовых труб, хотя и помогло уменьшить ло­кальное дымовое загрязнение, осложнило в то же время регио­нальные проблемы выпадения кислотных дождей. Чем выше от поверхности земли происходит выброс загрязняющих газов, тем дальше от своего источника они распространяются. То, что было когда-то дымной мглой над Питтсбургом, становилось ки­слотным снегопадом в Лабрадоре. Примеси, досаждающие лон­донцам в виде смога, губят листву в лесах Скандинавии».

Рассеивание вредных веществ в атмосфере — это времен­ное, вынужденное мероприятие, которое осуществляется вслед­ствие того, что существующие очистные устройства не обеспе­чивают полной очистки выбросов от вредных веществ.

Защита атмосферного воздуха от вредных выбросов пред­приятий в значительной степени связана с устройством санитарно-защитных зон и архитектурно-планировочными реше­ниями.

Санитарно-защитная зона — это полоса, отделяющая ис­точники промышленного загрязнения от жилых или общест­венных зданий для защиты населения от влияния вредных фак­торов производства (выбросы пыли и иные виды загрязнения среды).

Ширину санитарно-защитных зон устанавливают в зави­симости от класса производства, степени вредности и количества, выделенных в атмосферу веществ и принимают равной от 50 до 1000 м. Например, для цементных заводов произво­дительностью более 150 тыс. т цемента в год (I класс произ­водства) ширина санитарно-защитной зоны — 1000 м, а для предприятий по изготовлению камышита (V класс производ­ства) — 50 м.

Санитарно-защитная зона должна быть благоустроена и "зеленена газоустойчивыми породами деревьев и кустарни­ков, например, акацией белой, тополем канадским, елью колючей, шелковицей, кленом остролистным, вязом листовиым и т. д. Об эффективности озеленения свидетельствуют следующие данные: хвоя одного гектара елового леса улавли­вает 32 т пыли, листва букового леса — 68 т. На расстоянии 100 м от предприятия при отсутствии озеленения загрязнение воздуха S0₂, Н₂S , и N0., в два раза ниже, чем у источника загрязнения, а при наличии озеленения ниже в три-четыре раза (Гаев и др., 1990).

Архитектурно-планировочные мероприятия включают пра­вильное взаимное размещение источников выброса и населен­ных мест с учетом направления ветров, выбор под застройку промышленного предприятия ровного возвышенного места, хо­рошо продуваемого ветрами, сооружение автомобильных до­рог в обход населенных пунктов и др.

Помимо рассмотренных выше мер по защите воздушного бассейна предусмотрена также охрана от озонового слоя. В За­коне РФ «Об охране окружающей среды» (2002 г.) имеется от­дельная статья (ст. 54), посвященная этой проблеме, что сви­детельствует об ее исключительной важности.

В конце 90-х гг. в нашей стране была создана Межведомст­венная комиссия, в задачу которой входила координация дея­тельности различных организаций по выполнению международ­ных обязательств по охране озонового слоя и прекращению вы­пуска озоноразрушающих веществ. Ведется также интенсивная разработка и внедрение мероприятий по резкому сокращению выбросов соединений серы, оксидов азота и других опаснейших загрязнителей атмосферного воздуха. Как уже отмечалось выше, Россия присоединилась к Киотскому протоколу о контроле за выбросами парниковых газов. В феврале 2005 г. Президент России В. Путин подписал Федеральный закон «О ратификации Киотского протокола к Рамочной конвенции ООН об изменении климата», принятый Госдумой 22.10.2004 г. и одобренный Со­ветом Федерации 27.10.2004 г.