Загрязнение атмосферного воздуха выбросами химических предприятий.

Введение

Среди основных источников загрязнения атмосферы в настоящее время следует выделять промышленные предприятия и транспорт, тепловые электростанции и животноводческие комплексы и так далее. Каждый из этих источников сопровождается выделением огромного количества специфических токсичных веществ, оказывающих значительное негативное воздействие на окружающую природную среду и здоровье человека.
С газами, выделяемыми предприятиями, в атмосферу поступают твердые, паро- и газообразные органические и неорганические вещества, для улавливания и очистки которых в настоящее время существует большое количество различного пылеулавливающего и газоочистного оборудования. Однако проблема загрязнения атмосферы на данный момент всё ещё является актуальной.
Целью данной работы является анализ проблемы загрязнения атмосферного воздуха, основных источников его загрязнения и наиболее распространенных загрязнителей в химической промышленности.

1. Проблема загрязнения атмосферы
По данным ученых, ежегодно в мире в результате деятельности человека в атмосферу поступает 25,5 млрд. т оксидов углерода, 190 млн. т оксидов серы, 65 млн. т оксидов азота, 1,4 млн. т хлорфторуглеродов (фреонов), органические соединения свинца, углеводороды, в том числе канцерогенные (вызывающие онкологические заболевание).
Источники загрязнения окружающей среды принято разделять на 2 основных вида: естественные и антропогенные.
Так, например, космическая пыль, образующаяся из остатков сгоревших в атмосфере Земли метеоритов, ежегодно выпадает на нашу планету, достигая массы порядка 5 млн.т. Так же естественной составной частью атмосферы Земли является и природная пыль.
Частицы природной пыли имеют органическое и неорганическое происхождение и образуются в результате:
- выветривания и разрушения горных пород и почвы;
- извержений вулканов;
- лесных, торфяных и степных пожаров;
- испарений с поверхности морей.
Среди источников, загрязняющих пылью нижние слои атмосферы, следует выделить безводные пустыни и степи.
К причинам естественного загрязнения атмосферы газообразными веществами, такими как аммиак, сероводород, оксиды азота и углерода, углеводороды и так далее, следует относить биологическое разложение веществ [1].
Источниками антропогенного загрязнения атмосферного воздуха в настоящее время являются увеличивающиеся с каждым днём различные виды автомобильного транспорта, промышленные предприятия, а также предприятия сельского хозяйства (рис.1).
Выбросы транспорта и теплоэнергетическими предприятиями обусловлены процессами, связанными с сжиганием топлива. Продукты горения топлива характеризуются наличием таких веществ, как зола, оксиды серы, азота и углерода, оксиды ванадия, углеводороды, а также бенз/а/пирен [2].


Рисунок 1 - Распределение источников загрязнения по долевому участию в балансе примесей атмосферы
Все вредные примеси продуктов сгорания топлив с учетом технологии их сжигания условно можно разделить на две группы.
В первую группу включены вещества, количество которых в продуктах сгорания незначительно зависит от технологии сжигания и может быть с достаточной точностью определено на основании состава топлива (диоксид серы SO2, соединения ванадия V2O5, летучая зола).
Вторая группа включает в себя вредные продукты сгорания, образование которых зависит как от состава топлива, так и от технологических, конструктивных и режимных условий сжигания топлива (оксид углерода, оксиды азота, ПАУ и др.).
Удельные выбросы загрязняющих веществ, выделяемые при сжигании различного вида топлива представлены в таблице 1.


Таблица 1 - Удельные выбросы вредных продуктов сгорания при сжигании органических топлив в энергетических котлах
Вредные вещества Газ, г/м3 Мазут, г/м3 Уголь, г/м3
Оксиды серы SOx (в пересчёте на SO2) 0,006-0,01 ~21·Sp (17-19)·Sp
Оксиды азота NOx (в пересчёте на NO2) 5-11 5-14 4-14
Монооксид углерода СО 0,002-0,005 0,005-0,05 0,1-0,45
Углеводороды 0,016 0,1 0,45-1,0
Летучая зола, шлак - 10·Аp 10·Аp
где Sp и Аp - соответственно содержание серы и золы на рабочую массу топлива, %.
Что касается иных источников загрязнения атмосферы, то здесь важным фактором является преобладающий технологический процесс, обуславливающий выброс тех или иных газообразных загрязнителей.
Так, например, деятельность предприятий химической, металлургической, горнодобывающей и других отраслей промышленности сопровождается загрязнением атмосферы большим количеством пыли, золы и газообразных веществ.
При этом пылевые и аэрозольные загрязнения атмосферы существенно влияют на её тепловой режим.
2. Проблема загрязнения атмосферы выбросами химических предприятий
Влияние предприятий химической промышленности на окружающую среду зависит от применяемого сырья, технологии, используемой аппаратуры и оборудования, планировочных решений внутри предприятий, устройства территорий.
Основными выбросами химических предприятий являются газы, пары и пыль химических соединений [3].
Химическая промышленность характеризуется такими источниками загрязнения, как ректификационные колонны, аппараты производства аммиака и различных кислот и другие химические агрегаты в основных отраслях промышленности (рис. 2)

Рисунок 2 - Основные источники выбросов в атмосферу в химической промышленности
На рисунке 3 представлены вещества, получившие наибольшее распространение в выброса химических производств.

Рисунок 3 - Наиболее распространенные загрязнители атмосферного воздуха химических производств
Как видно из рисунка 3, лидером среди загрязнителей атмосферного воздуха является диоксид углерода.
Стоит отметить, что в данной отрасли преобладает высокий уровень очистки выбросов от загрязняющих веществ (>90%).
2.1 Загрязнение атмосферы при производстве полимеров
На предприятиях производства полимеров проводится большая работа по дальнейшему совершенствованию технологий, изысканию путей снижения количества вредных выбросов

. Это достигается за счет внедрения прогрессивных технологических процессов, которые обеспечивают сокращение количества производственных выбросов, наряду с применением более совершенного технологического оборудования.
Количество газообразных вредных веществ, поступающих в атмосферу с производственными выбросами от предприятий подотрасли, исчисляется десятками тысяч тонн.
Основными источниками загрязнения атмосферы являются мономеры, выделяющиеся при коагуляции и сушке каучуков, переработке пластиков, абгазы, выделяющиеся на различных стадиях производства, особенно при регенерации.
Газообразные загрязнения: бутадиен, акрилонитрил, стирол и α-метилстирол, бутилен, изопрен, винилхлорид, пропилен и этилен. В некоторых процессах полимеризации образуются олигомеры, которые при дегазации и сушке попадают в атмосферу, иногда окисляясь с образованием не менее опасных продуктов. Все перечисленные вещества обладают физиологическим действием. Особого внимания требуют выбросы акрилонитрила, бутадиена и винилхлорида как веществ с канцерогенными и мутагенными свойствами.
Что касается производства продукции из полимерных материалов, то выбросы в данном случае представлены как твердыми, так и газообразными веществами, что связано с технологическим процессом.
Таблица 2 - Удельные выделения загрязняющих веществ при прессовании и литье под давлением полимерных материалов
Операция технологического процесса Перерабатываемый материал Выделяемое загрязняющее вещество


Наименование Удельное выделение, г/кг
Прессование Фенопласты новолачные Фенол;
формальдегид 0,262
0,124

Фенопласты резольные Фенол; формальдегид 0,730
0,144

Аминопласты Формальдегид 0,160

Волокниты
Фенол; формальдегид 1,220
0,060

Стекловолокниты
Фенол; формальдегид 1,040
0,195
Литье под давлением Полиэтилен Кислоты органические (в пересчете на уксусную кислоту);
Углерода оксид;
Пыль полиэтилена


0,400
0,800
0,400

Полипропилен Кислоты органические (в пересчете на уксусную кислоту);
Углерода оксид;
Пыль полипропилена


1,600
1,000

0,400

Полистирол Стирол;
Углерода оксид;
Пыль полистирола 0,300
0,500
0,600

Сополимеры стирола Стирол;
Углерода оксид;
Акрилонитрил;
Пыль сополимеров стирола 0,100
0,500
0,150

0,600

Полиамиды Спирт метиловый;
Аммиак;
Углерода оксид;
Пыль полиамида 0,500
2,000
1,000
0,500

Фенопласты новолачные Фенол;
Формальдегид 0,260
0,120

Как видно из таблицы 2, наибольшим удельным выделением характеризуется переработка методом литья под давлением полиамидов и полипропилена. Однако стоит отметить, что наибольшую опасность для организма человека представляет формальдегид.
Что касается образования пыли, то она выделяется при загрузке полимеров в литьевые машины.
Таблица 3 - Удельные выделения вредных веществ от производств по переработке пластмасс методом экструзии и выдувного формования
Операция технологического процесса Перерабатываемый материал Выделяемое загрязняющее вещество


Наименование Удельное выделение, г/кг
Экструзия рукавной пленки Полиэтилен Уксусная кислота 0,35


Углерод оксид 0,15
Экструзия труб Полиэтилен Уксусная кислота 0,50


Углерод оксид 0,25

Поливинилхлорид блочный Хлорэтилен
0,02


Углерод оксид 0,50
Экструзия листа Полистирол Этенилбензол
0,42


Углерод оксид 0,30
Производство выдувных изделий Полиэтилен Уксусная кислота 0,40


Углерод оксид 0,80
Гранулирование на базе экструдеров Полиэтилен и полипропилен Уксусная кислота 0,30


Углерод оксид 0,20

Полистирол и сополимеры стирола Этенилбензол
(стирол) 0,05

Поливинилхлорид Хлорэтилен
0,02

Полиамиды, эстролы, дифлон
Углерод оксид 0,50

Как видно из таблицы 3, выделение оксида углерода сопровождает экструзию большинства полимеров.
2.2 Загрязнение атмосферы содовой промышленностью
Среди основных источников газовых выбросов в содовом производстве выступают процессы обжига известняка, кальцинации бикарбоната натрия, производства очищенного бикарбоната натрия и процессы получения тепловой и электрической энергии на предприятии - промышленная ТЭЦ. При этом технологический процесс сопровождается образованием оксидов углерода, серы, азота, аммиака и пылевых частиц, состав которых преимущественно представлен золой, известняком, содой и др. На некоторых заводах в качестве ингибитора коррозии используется сероводород (H2S) в виде гидросульфида натрия, источники выбросов которого, как правило находятся в промывателях газов колонн, где его концентрация при максимальных уровнях выбросов колеблется в пределах от 5 до 15 мг/м3.
2.3 Загрязнение атмосферы коксохимической промышленностью
Коксохимическая промышленность помимо основного металлургического сырья - кокса, занимается производством таких вспомогательных продуктов как фенол, бензол, сульфат аммония, серная кислота и т.д., являющихся также важными товарными продуктами.
Основными источниками негативного воздействия на атмосферный воздух в коксохимическом производстве являются отделения специальной подготовки угля, процессы загрузки угольной шихты и её коксования, процесс выдачи кокса, мокрое тушение кокса и его сортировка (табл.4) [4].
Таблица 4 - Характеристика выбросов загрязняющих веществ коксохимическим производством
Наименование загрязняющих веществ Выбросы, г/т кокса (мг/м3 отходящих и аспирационных газов) ПДК, мк/м3 Показатель токсичности, ЛД50


ПДКр.з
ПДКсс

Аммиак 177-490 (220) 0,2 0,004 3,8
Сероводород 15-20 (10) 0,008 0,008 1200
Монооксид углерода 1050-1380 (706) 20 3 3,6
Цианистый водород 7-10 (5) 0,3 0,01 0,2
Фенол 80-90 (60) 0,3 0,003 395
Бензол 60-70 (46) 5 0,1 5600
Нафталин 30-50 (24) 20 0,003 490
Бенз/а/пирен
1-3 (1,2) 0,00015 10-6 н.д
Диоксид серы 500-1650 (630) 10 0,5 н.д.
Оксиды азота 150-170 (94) 5 0,085 н.д
Пыль 1750-2590 (1276) 4-6 0,5 н.д
Сажа н.д