Контрольная работа по "Экологии"

Методы очистки промышленных выбросов по характеру протекания физико-химических процессов можно разделить на пять основных групп:

1) промывка примесей растворителями (абсорбция);

2) промывка примесей веществами, связывающими примеси химически (хемосорбция);

3) поглощение газообразных примесей  твердыми активными веществами (адсорбция);

4) термическая нейтрализация входящих  газов и поглощение примесей  путем каталитического превращения;

5) разделение газовоздушной смеси  на составные части путем поглощения  одного или нескольких компонентов.

Абсорбция - это избирательный процесс поглощения паров или газов из парогазовых смесей жидким поглотителем, называемым абсорбентом.  Абсорбция, как правило, означает поглощение газов в объеме жидкости или реже - твердого тела. На практике абсорбции подвергают не отдельные газы, а газовые смеси, составные части которых поглощаются жидкостью. Эти составные части смеси называют абсорбируемыми компонентами(абсорбат), а непоглощаемые части - инертным газом.

Растворенный в жидкости компонент газовоздушной смеси благодаря диффузии проникает во внутренние слои абсорбента. Процесс протекает тем быстрее, чем больше поверхность раздела сред и коэффициент диффузии. Для удаления из технологических выбросов таких газов, как аммиак, фтористый и хлористый водород, целесообразно в качестве поглотителей использовать воду, поскольку при этом достигается высокая растворимость вредных веществ.

Хемосорбция - химическая сорбция, поглощение жидкостью или твердым телом веществ из окружающей среды, сопровождающееся образованием химических соединений. В более узком смысле хемосорбцию рассматривают как химическое поглощение вещества поверхностью твердого тела, т.е. как химическую адсорбцию.

В основе хемосорбции лежит химическое взаимодействие между адсорбентом и адсорбируемым веществом. Действующие при этом силы сцепления значительно больше, чем при физической адсорбции. В качестве адсорбентов применяют вещества, имеющие большую поверхность на единицу массы. Так, удельная поверхность активированного угля достигает 105-106 м2/кг. Его применяют для очистки газов от органических веществ, удаления неприятных запахов. Кроме того, применяют простые оксиды (активированный глинозем, оксид алюминия). Для реализации данного метода применяются пенные скрубберы и скрубберы с подвижными насадками.

Для процесса поглощения молекул газа или жидкости поверхностью твердого тела в русском языке используется термин адсорбция. Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой активно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой среды, подразделяется на физическую адсорбцию и хемосорбцию. При адсорбции молекулы газа прилипают к поверхности твердого тела под действием молекулярных сил притяжения. Высвобождающаяся при этом теплота зависит от сил притяжения и по величине совпадает с теплотой конденсации газа. Преимущество адсорбции - обратимость процесса.

Термическая нейтрализация основана на способности веществ окисляться до нетоксичных при наличии высокой температуры и свободного кислорода. Бывает три схемы термической нейтрализации газов:

1) прямое сжигание в пламени;

2) термическое окисление;

3) каталитическое сжигание.

Прямое сжигание и термическое окисление протекают при температурах 600-800 °С, а каталитическое сжигание - 300-400 °С.

Прямое сжигание следует использовать в тех случаях, когда отходящие газы имеют значительную энергию, необходимую для сжигания. При проектировании устройств такого типа важно знать пределы восполнения сжигаемых растворов для поддержания горения без использования дополнительного тепла. Примером прямого сжигания является сжигание углеводородов, содержащих токсичные газы непосредственно в факеле горелки.

Термическое окисление используется в тех случаях, когда отходящие газы имеют высокую температуру, но количество кислорода в них недостаточно. Важными факторами, которые следует учитывать, являются время, температура, турбулентность. Время должно быть достаточным для полного сгорания всех компонентов.

Каталитическое сжигание используется для превращения токсичных компонентов промышленных выбросов в безвредные и менее вредные для окружающей среды вещества путем введения в систему катализатора. Каталитические методы основаны на взаимодействии удаляемых веществ с одним из компонентов, присутствующих в газе. Катализатор, взаимодействуя с одним из реагирующих веществ, образует промежуточное вещество, которое распадается на безвредные компоненты. В большинстве случаев катализаторами являются металлы (Р1, Ра) или их соединения. Существенное влияние на скорость каталитического процесса и его эффективность оказывает температура газа. Для каждой реакции, протекающей в потоке газа, характерна так называемая минимальная температура реакции, ниже которой катализатор не проявляет своей активности. Различают две конструкции газоочистительных каталитических устройств: каталитические реакторы, в которых происходит контакт газового потока с твердым катализатором, и реакторы термокаталитические, в которых в общем корпусе размещены контактный узел и подогреватель.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Тяжелое и легкое  топливо как способ снижения ущерба атмосфере

 

Большой вред окружающей среде наносят отработавшие газы дизелей, в которых содержатся сажа и компоненты неполного сгорания топлива. Все более острой становиться проблема - снижение вредных выбросов с отработавшими газами энергоустановок. Тенденция использования тяжелого топлива на водном транспорте привела к тому, что судовые двигатели внутреннего сгорания стали работать на топливах ухудшенного качества. Кроме прочих неблагоприятных показателей качества утяжеленных и тяжелых топлив нужно отметить повышенное содержание в них серы. Это значит, что в составе отработавших газов существенно повышается содержание серного и сернистого ангидрида, т. е. потенциальных кислотосодержащих продуктов, влияние которых резко отрицательно сказывается на окружающей среде.

Дизель, вырабатывая механическую энергию за счет окисления топлива воздухом, в процессе работы осуществляет непрерывный тепломассообмен с окружающей атмосферой. Он забирает воздух и потребляет топливо, затем выбрасывает отработавшие газы, состоящие из части воздуха и продуктов окисления топлива. Таким образом, воздух, поступающий в цилиндр дизеля, совершает определенный термодинамический цикл, претерпевая при этом химические изменения, в результате чего превращается в отработавшие газы − сложную газовую смесь с множеством компонентов. Четыре компонента N2, О2, СО2 и Н2О составляют свыше 99.. .99,9 % объема газа, остальные 0,1...1,0% объема отработавших газов составляют примеси, которые не представляют интереса с технической точки зрения, но являются вредными для окружающей среды, живой природы и человека.

При выпуске в атмосферу отработавшие газы обычно рассеиваются и вступают в контакт с человеком уже в сильно разбавленном состоянии. Концентрация ряда вредных компонентов и температура газов в основном снижаются до безопасного уровня, но бывают зоны, где это вещество концентрируется в количествах, оказывающих вредное действие на живой организм и природу (данные представлены в таблице 1). Это обстоятельство заставляет искать пути снижения вредных веществ. К наиболее опасным веществам можно отнести СО, NОХ, SО2, альдегиды (А), углеводороды (УВ), бенз(а)пирен.

При анализе состава отработавших газов целесообразно использовать два основных понятия: токсичность и дымность. Токсичные компоненты − это вредные вещества, входящие в состав отработавших газов. Дымность − это свойство газа, обусловленное наличием в его составе твердых и жидких аэрозольных частиц. Подавляющую часть их массы (свыше 95. ..98%) составляет сажа. Сама по себе сажа безвредна, но она может адсорбировать на своей поверхности токсичные вещества типа бенз(а)пирен и другие. Кроме того, сажа имеет неприятный запах и является нежелательным компонентом отработавших газов дизеля.

Для одновременного снижения токсичности и дымности в отработавших газах требуются различные, подчас не совместимые между собой мероприятия, что существенно затрудняет решение проблемы снижения вредных продуктов. Например, при снижении токсичности отработавших газов увеличивается дымность, и наоборот, при снижении дымности повышается токсичность. Поэтому необходимо найти компромиссное решение. Состав и количество токсичных компонентов ОГ дизелей определяются химической природой и элементным составом топлива, соотношением количества топлива и воздуха в цилиндре с особенностями организации рабочего процесса двигателя. При использовании углеводородных топлив нефтяного происхождения, сжигаемых в цилиндре с избытком кислорода, примерно 80…95 % общей массы токсичных примесей отработавших газов приходится на долю пяти основных токсичных компонентов: СО, NОХ, SО2, альдегидов и углеводородов. Опыт показывает, что изменение концентрации отдельных токсичных компонентов подчиняется определенной закономерности. Установив эту закономерность, путем воздействия на рабочий процесс дизеля можно существенно снизить количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу.

Влияние сорта топлива на полноту сгорания, дымность и токсичность отработавших газов. Сорт топлива влияет на качество сгорания и образование продуктов неполного сгорания. Имеется большой опыт по сжиганию различных топлив в дизелях. Как показала практика последних лет, тяжелые топлива в современных судовых дизелях сгорают еще недостаточно качественно, особенно в средне- и высокооборотных дизелях, что сопровождается повышенным выделением сажи в отработавших газах. В то же время традиционное топливо для дизелей (дизельное топливо) во многих случаях заменяется на худшие сорта, более тяжелые остаточные продукты переработки нефти. Например, речной флот уже сейчас потребляет до 25 % тяжелых топлив, и доля их будет постоянно увеличиваться. Поэтому перед современным дизелестроением стоит сложнейшая задача - создать двигатели, работающие на тяжелых сортах топлива с высокой экономичностью, надежностью и минимальным выбросом вредных веществ в атмосферу.

На рабочий процесс дизеля практически оказывают влияние все физико-химические характеристики топлива и прежде всего состав углеводородов, входящих в топливо. Углеводородный состав топлива характеризует его физические и химические свойства, воспламеняемость, вязкость, фракционный состав и т.д.

Немаловажную роль в полном сгорании топлива играет химический и физический аспект, связанный с подачей топлива в цилиндр и его смесеобразованием. Сгорание топлива в дизеле имеет специфическую особенность. В этих двигателях сгорание протекает в топливном факеле, где содержатся жидкие и газообразные горючие продукты.

Сгорание топлива в факеле во многом зависит от оптимизации степени гомогенизации заряда к началу воспламенения. Для различных топлив эта степень будет различной. Легкое топливо (например, бензин) будет быстрее испаряться в камере сгорания дизеля, чем тяжелое.

Дымность зависит от группового углеводородного состава. Максимальное значение дымности (30 ... 96,4 %) имеет топливо ОТ − 5 с наибольшим содержанием ароматических углеводородов. Минимальную дымность отработавшего газа имеют топлива ОТ - 1 и ОТ - 2 приблизительно с одинаковым содержанием алканоциклановых и ароматических углеводородов.

Особый интерес представляет полнота сгорания альтернативных топлив, как возможных в перспективе заменителей нефтяных. Уже иметься некоторая информация о качестве сгорания ряда топлив из углей и сланцев, спиртов и другое. Экспериментально установлено, что синтетические жидкие топлива из углей и сланцев сгорают в дизелях приблизительно по тому же принципу, что нефтяные топлива. Легкие сорта синтетических топлив сгорают как дизельное топливо, при этом показатели дымности и токсичности отработавших газов их мало отличаются от отработавших газов, полученных при сжигании дизельного топлива.

Работа дизелей на смесях нефтяного топлива со спиртами существенно изменяет пропорциональное отношение вредных выбросов. При работе дизеля с большой частотой вращения количество токсичных компонентов возрастает, кроме окислов азота. Содержание сажи на всех частотах вращения с добавкой метанола снижается. Добавка к дизельному топливу аммиака снижает дымность отработавших газов, но повышает содержание NOx.

Таким образом, использование альтернативных топлив в судовых дизелях речного флота не вызывает опасения с точки зрения повышенного загрязнения воздушного бассейна.

8. Что такое ущерб  и предотвращенный ущерб окружающей  среде?

 

С целью улучшения рационального использования природных ресурсов определяется экономический эффект природоохранных мероприятий, который должен включать в себя не только экономию годового объема текущих затрат за счет осуществления природоохранных мероприятий, но и общий предотвращенный ущерб.

Ущерб, наносимый природе, представляет собой вред, причиняемый окружающей среде в результате хозяйственной деятельности человека. Он может быть выражен в двух основных формах: экологической и экономической.

Экологический ущерб — это вред, нанесенный окружающей среде, выраженный в натуральных единицах измерения. Например, количество загрязняющих веществ, попадающих в окружающую среду; количество безвозвратно используемых природных ресурсов и т. д.

Под экономическим ущербом понимается нанесенный природе вред, представленный в денежном выражении.

Предотвращенный ущерб — это разность между фактическим и возможным ущербом в натуральном или в денежном выражении.

Основными методологическими подходами к оценке экономического ущерба являются:

вероятностный подход;

покомпонентный подход;

ресурсный подход;

комплексный подход.

Рассмотрим вышеперечисленные подходы более подробно. Начнем с вероятностного.

Важное место в системе изучения окружающей природной среды занимает сбор информации о ее текущем состоянии. С этой точки зрения можно выделить пять ситуаций, характеризующихся различной степенью информированности субъекта, проводящего исследование, о фактическом состоянии экологической обстановки. К числу таких информационных ситуаций относятся детерминированная, умеренно детерминированная, детерминированно-стохастическая, умеренно-стохастическая и стохастическая.

Детерминированная информационная ситуация характеризуется наличием полной информации о состоянии окружающей среды. В такой ситуации субъект управления имеет возможность с наибольшей точностью определить тенденции развития экологической ситуации, адекватно и своевременно на них реагируя.