Экология СПРАВОЧНИК

Загрязнение атмосферы стало составной частью всей современной жизни. Являясь следствием нашего образа жизни, загрязнение атмосферы формируется за счет издержек тех способов, которыми мы производим товары, перевозим себя и продукты производства и вырабатываем энергию для обогрева и освещения жилых домов и общественных мест, где мы живем, отдыхаем и работаем. Основным источником загрязнения атмосферы можно считать лроцеосы горения, а они неотделимы от современной жизни человечества. В процессах горения водород и углерод топлива соединяются с атмосферным кислородом, генерируя тепло и свет с выделением углекислого газа и водяных паров. Однако примеси, содержащиеся в топливе, обедненная смесь топливо/воздух при горении, а также слишком высокая или слишком низкая температура горения приводят к образованию таких побочных продуктов, как окись углерода, окислы серы и азота, сажа и несгоревшие углеводороды — все они являются загрязнителями атмосферы.

Далее

Подход к использованию воздушных ресурсов в СССР мало отличается от подхода в США. Несмотря на то что ежегодное производство автомобилей в СССР составляет одну десятую их производства в США, в большинстве советских городов в той или иной степени загрязнена атмосфера. Городам, расположенным в долинах или на холмистой местности, свойственны, вероятно, опасные уровни загрязнения атмосферы. В городах горной Армении, например, нередко превышаются установленные нормативы по окиси углерода. Магнитогорск, Алма-Ата и Челябинск с их металлургической промышленностью часто покрыты слоем темно-голубой дымки. В Тбилиси, столице Грузинской ССР, так же как в Лос-Анджелесе, смоговая ситуация имеет место до 6 мес. в году. В Ленинграде в дневное время на 40% менее чистое небо, чем в рядом расположенном городе Павловске [5].

Далее

За недавний период времени, когда население США удвоилось, было отмечено также увеличение в 8 раз валового национального продукта (ВНП) и в 13 раз производства электроэнергии. Для развитых или развивающихся стран прослеживается тесная связь между валовым национальным продуктом, отнесенным к экономическому уровню (ЭУ), и потреблением энергии, также отнесенным к экономическому уровню. Эта взаимосвязь иллюстрируется данными по ряду стран, взятыми из исследования Кука о дебите энергии в индустриальном обществе [41]. Все величины в таблице приблизительны ).

Далее

Прежде чем сформулировать законы и местные муниципальные постановления, регламентирующие борьбу с загрязнением атмосферы, необходимо дать определение понятию загрязнение атмосферы. Было предложено много определений. Одно из них следующее: «Загрязнение атмосферы может быть определено как присутствие в окружающей атмосфере одного или более ингредиентов или их комбинаций в таких количествах и в течение такого времени, что они могут или имеют тенденцию принести вред жизни человека, растений или животных или имуществу или чрезмерно повлиять на сложившиеся условия жизни или на бизнес». Законы шт. Висконсин определяют загрязнение атмосферы подобной формулировкой: «... присутствие в атмосфере од-чного или более ингредиентов или их комбинаций в таких количествах и в течение такого времени, что они могут или имеют тенденцию принести вред здоровью или благосостоянию человека, жизни животных или растений или имуществу, или чрезмерно повлиять на сложившийся уклад жизни или собственность». Подобное определение есть в каждом штате США. Закон шт. Висконсин далее определяет загрязнители как «... пыль, копоть, дымка, жидкость, дым, другие взвешенные частицы, пар, газ, пахнущие вещества или любая комбинация из них, исключая свободный водяной пар».

Далее

Взвешенные частицы — это термин, используемый для описания взвешенных в воздухе твердых и жидких частиц размером больше молекулы (диаметр молекулы 0,0002 мкм), но меньше 500 мкм (1 мкм=10-4 см). В этом диапазоне размеров частицы во взвесях имеют время жизни от нескольких секунд до нескольких месяцев. На поведение частиц размером менее 0,1 мкм оказывает существенное влияние броуновское движение за счет столкновения с отдельными молекулами. Частицы размерами между 0,1 и 1 мкм в спокойной атмосфере имеют скорости оседания несравненно меньше, чем скорость ветра; при размере более 1 мкм оседание заметно, но все еще мало; для частиц размером примерно 20 мкм скорости оседания уже велики, и такие частицы удаляются из атмосферы гравитационным оседанием или другими инерционными процессами. Более детально эти вопросы рассмотрены в разд. 5.4.

Далее

Окись углерода — газ без цвета и запаха. Она очень стабильна и имеет время жизни в атмосфере от 2 до 4 мес. Глобальная эмиссия окиси углерода оценивается примерно в 350 млн. т/год (см. табл. 3.5), из которых примерно 20% относят к антропогенным источникам. Такая величина должна была привести к темпу увеличения концентрации в окружающем воздухе, равному примерно 0,03 млн- /год. Однако ожидаемого увеличения не наблюдается. Почвенные грибки [2] могут разложить значительное количество образующейся СО; общепринято также, что СО в атмосфере окисляется в С02, хотя скорость этого процесса очень незначительна. Некоторые данные свидетельствуют о том, что СО может быть химически активной в смогах.

Далее

Двуокись и трехокись серы — основные окислы серы, присутствующие в атмосфере. Двуокись серы — негорючий, невзрываю-щийся, бесцветный газ, который ощущается на вкус при концентрациях в воздухе от 0,3 до 1,0 млн-1. При концентрациях выше 3,0 млн-1 газ имеет острый раздражающий запах. В фотохимических и каталитических процессах в атмосфере двуокись серы частично превращается в трехокись серы или серную кислоту и ее соли. Трехокись серы во влажном воздухе образует серную кислоту. Для окислов серы в комбинации со взвешенными частицами и влагой характерны наиболее вредные воздействия из создаваемых загрязненным воздухом. К сожалению, исключительно трудно выделить изолированно воздействие двуокиси серы. Более подробно обсуждение воздействия серусодержащих соединений будет проведено в последующих разделах.

Далее

Углеводороды не представляют, по-видимому, сколь-либо существенной опасности для разрушения материалов. Взвешенные частицы, содержащие углеводороды, и сажа образуются из несгоревших углеводородов и углерода, а также почвенных частиц. Из всех углеводородов только этилен в определенных концентрациях оказывает вредное воздействие на растительность. Результат такого воздействия сдерживание роста растений [22].

Далее

Вред, наносимый растениям загрязнением атмосферы, обычно цроявляется в изменении структуры листьев, так как в листьях заложена схема устройства всего растения. Лист, вообще говоря, может быть разделен на три части. Эпидермис образует внешний защитный слой. Мезофилл является центральной частью листа и содержит два слоя клеток-—это палисад и губчатая паренхима. Кроме того, густая сеть жилок разбегается по всему листу от его основания, или стебля. Жилки образуют систему для переноса воды и других химических веществ, а также обеспечивают связь с другими частями растения. Особый интерес при изучении загрязнения воздуха вызывают отверстия через эпидермис в мезофилл, называемые устьица. Газы и пары попадают во внутренние части листа и выходят из них через устьица, каждое из которых окружено специальными замыкающими клетками, которые открывают или закрывают устьице.

Далее

Сразу после того, как некоторые вещества были детально изучены и на основании неопровержимых фактов объявлены загрязнителями атмосферы, был проявлен немедленный интерес к основным источникам этих веществ. Твердые взвешенные частицы выбрасываются в атмосферу при сжигании различных видов топлива, таких, как уголь и топливная нефть в стационарных источниках и бензин, дизельное топливо и топливо для реактивных двигателей в подвижных источниках. Вклад в загрязнение атмосферы частицами вносят также и промышленные процессы, такие, как дробление, плавление, измельчение, а также помол и сушка зерна. Основным источником двуокиси серы в атмосфере является сжигание топлив, содержащих серу. Однако некоторые •соединения серы выбрасываются в атмосферу при переработке руды и промышленными предприятиями, использующими серную кислоту в качестве сырья.

Далее

Загрязнение атмосферы и вызванная им необходимость в законодательстве для охраны здоровья и благополучия населения не являются новыми явлениями. В XIII в. в Англии сжигание бурого угля настолько загрязнило атмосферу в городских районах, что в 1273 г. там был принят закон с целью снижения загрязнения атмосферы от этого источника. Однако в США лишь в 40-х годах текущего столетия были сделаны попытки снизить степень загрязнения атмосферы. Исторически первые мероприятия против загрязнения воздуха были приняты в шт. Калифорния ввиду ухудшающихся условий особенно в котловине Лос-Анджелеса. Вскоре стало очевидным, что и в других городах наблюдается ухудшение качества воздуха, хотя часто по причинам, отличным от тех, которые привели к появлению смога лос-анджелеоского типа. В результате было признано необходимым участие федеральных органов в решении общих проблем загрязнения атмосферы. Наибольшее развитие законодательных и регулирующих актов имело место в период с 1955 по 1970 г. Без каких-либо прецедентов, на которые можно было бы опереться (за исключением некоторого законодательства в области загрязнения вод), законодатели были вынуждены варьировать подходы к каждому последующему закону для преодоления недостатков предыдущих. Тем не менее к середине 70-х годов была в достаточной мере разработана философская основа федерального законодательства в области контроля загрязнения атмосферы. Само собой разумеется, что вследствие технического и экономического развития в некоторых районах действующие правила постоянно изменяются. Переориентация в проблемах энергетики в 70-х годах также оказала влияние на осуществление принятых на федеральном уровне законов и правил по борьбе с загрязнением атмосферы.

Далее

Нормы допустимого выброса, по существу, ограничивают количество или концентрацию загрязняющего вещества, которое может быть выброшено источником. Для поддержания или улучшения существующего качества атмосферного воздуха в районе с целью достижения федеральных или штатных нормативов качества воздуха часто бывает необходимо регулировать деятельность промышленности с помощью технологических норм допустимого выброса, публикуемых федеральным правительством или правительствами штатов. Эти технологические нормативы обычно отражают максимальную степень контроля выбросов, считающуюся достижимой при настоящей технологии в данной отрасли промышленности (или заимствованной из другой отрасли). Однако технологическая разработка считается доступной лишь тогда, когда ее внедрение на промышленном производстве не влечет за собой чрезмерного экономического бремени. Вследствие этого нормы допустимого выброса, основанные на «наилучших практических средствах», могут быть установлены более жестко по мере усовершенствования очистного оборудования.

Далее

Законы по борьбе с загрязнением воздуха 1967 и 1970 гг. предусматривают разработку в каждом районе контролируемого качества воздуха планов осуществления защитных мероприятий. Эти планы должны устанавливать как краткосрочные, так и долгосрочные требования по достижению нормативов качества воздуха. Один подход к нормированию, часто защищаемый проектировщиками, заключается в том, что выбросы могут допускаться лишь в тех пределах, которые в данное время технически и экономически целесообразны. Если соблюдение норм промышленностью не признается целесообразным, то на определенное время ей дается право на установление собственных норм. В течение этого периода загрязнение атмосферы, конечно, не снижается, так что такое расхождение может рассматриваться как разрешение на загрязнение.

Далее

Все загрязнители атмосферы, выбрасываемые точечными и распределенными источниками, переносятся, рассеиваются и концентрируются в атмосфере при различных метеорологических и топографических условиях. Атмосферный цикл начинается с выброса загрязнителей в атмосферу, после чего следует их перенос и разбавление в воздухе. Цикл завершается, когда загрязнители осаждаются на растительность, опавшую листву, почву, водные поверхности и другие предметы, вымываются из атмосферы дождем или улетучиваются в космическое пространство. В отдельных случаях загрязнители могут вновь попадать в атмосферу под воздействием сильных ветров.

Далее

Количество падающей солнечной радиации, поглощаемое земной поверхностью, является функцией поглощающей способности этой поверхности, т. е. зависит от того, покрыта ли она почвой, горной породой, водой, снегом, льдом, растительностью или чем-то другим. Рыхлые обработанные почвы поглощают много больше радиации, чем лед или горные породы с хорошо отражающей поверхностью. Прозрачность воды увеличивает толщину поглощающего слоя, и, таким образом, данная толща воды поглощает больше энергии, чем такая же толща непрозрачной суши.

Далее

Другим типом ветра, рассматриваемым в метеорологии, является градиентный ветер, который связан с искривленными изобарами. Даже если скорость движения объема воздуха является постоянной, на искривленном пути должно быть учтено центробежное ускорение ас■ Такие искривленные пути особенно характерны для районов, прилегающих к областям высокого и низкого давления. В северном полушарии движение воздуха против часовой стрелки вокруг центра низкого давления называется циклоном; движение в направлении часовой стрелки вокруг центра высокого давления называется антициклоном. На рис. 3.3, г показана векторная диаграмма для градиентного ветра :в районе центра низкого давления. Вектор ас представляет собой центробежное ускорение, направленное по радиусу кривизны г. Как можно было ожидать, градиент скорости Уяг является функцией радиуса кривизны, а также градиента давления, угловой скорости Земли и широты местности. В ложбинах высокого и низкого давления (где проявляется описываемая кривизна пути объемов воздуха) скорость градиентного ветра является лучшей аппроксимацией реального ветра, чем скорость геострофического ветра.

Далее

Если принять, что изменениями g и ср с высотой можно пренебречь, то изменение температуры с высотой при адиабатических условиях оказывается постоянным, не зависящим от высоты.Сухоадиабатический вертикальный градиент температуры имеет чрезвычайно большое значение в метеорологических исследованиях. Сравнение его с реальным градиентом температуры в нижней атмосфере является в значительной степени индикатором устойчивости атмосферы. А как мы увидим ниже, степень устойчивости является мерой возможности атмосферы рассеивать попадающие в нее загрязнители. Прежде чем подробно рассмотреть этот эффект, посмотрим, как численно оценить градиент температуры для международной стандартной атмосферы.

Далее

Когда градиент температуры окружающего воздуха примерно равен сухоадиабатическому вертикальному градиенту (рис. 3.8, б), устойчивость атмосферы называют безразличной. Любой объем воздуха, который по какой-либо причине быстро перемещается вверх или вниз, будет иметь ту же температуру, что и окружающий воздух на новой высоте. Следовательно, отсутствует побудительная причина для любого дальнейшего вертикального перемещения, связанного с различием температур, и рассматриваемый объем воздуха останется в том же месте. Если температурный градиент окружающего воздуха меньше, чем сухоадиабатический вертикальный градиент, то атмосферу называют под адиабатической. Используя аргументацию, подобную сверхадиабатическому случаю, можно показать, что подадиабатическая атмосфера устойчива. Значит, любой небольшой объем воздуха, неожиданно перемещенный в вертикальном направлении, будет стремиться вернуться в свое первоначальное положение. Например, объем воздуха, перемещенный из положения Л в В на рис. 3.8,6, будет иметь большую плотность, чем окружающий воздух в точке Б. Следовательно, он имеет тенденцию вернуться на первоначальную высоту.

Далее

Типичные профили скорости ветра в дневное и ночное время показаны на рис. 3.12. Поскольку ночью атмосферные условия более устойчивы, профиль ночью обычно более пологий, чем днем. Отметим, что в этом случае (рис. 3.12) уровни меняющихся скоростей ветра ограничены высотой 600 м. Выше влияние сил трения незначительно, и скорость ветра становится почти равной скорости градиентного ветра, который мы рассматривали раньше. В общем виде влияние шероховатости местности на профиль скорости ветра показано на рис. 3.13. В этом частном примере толщина пограничного слоя меняется приблизительно от 500 до 280 м в зависимости от степени шероховатости. С уменьшением шероховатости профиль также становится более пологим вблизи поверхности земли. Вследствие зависимости скорости ветра от высоты в планетарном пограничном слое любое значение скорости ветра должно быть соотнесено высоте, на которой оно измерено. Международная стандартная высота для измерения поверхностного ветра равна 10 м.

Далее

На рассеяние загрязнителей в нижней атмосфере значительное влияние оказывают конвективное и турбулентное перемешивания. Мощность вертикального слоя, в котором происходит это перемешивание, зависит от времени суток, сезона, а также топографии местности. Чем больше высота слоя перемешивания, тем больше объем атмосферы, в котором могут разбавляться загрязнители. Высоту конвективного слоя перемешивания, которая определяется тепловой подъемной силой, называют максимальной высотой слоя перемешивания (МВСП). Обычно такие данные оцениваются в среднем за 1 мес; следовательно, МВСП известна как средняя максимальная высота слоя перемешивания.

Далее

Рассеяние атмосферных загрязнителей связано, вообще говоря, с двумя основными характеристиками атмосферной циркуляции: средней скоростью ветра и атмосферной турбулентностью. Атмосферная турбулентность до сих пор недостаточно исследована. Турбулентность в атмосфере обычно включает флюктуации ветра, которые имеют частоту более 2 цикл/ч. Более важные флюктуации имеют частоты от 1 до 0,01 цикл/с. Атмосферная турбулентность является результатом двух процессов: а) нагревания атмосферы, в связи с чем образуются естественные конвективные потоки (dp/dz), и б) «механической» турбулентности, которая является результатом ветрового сдвига du/dz). Хотя оба эффекта обычно имеют место в любых данных атмосферных условиях, как правило, преобладают механическая или тепловая (конвективная) турбулентность. Тепловые вихри чаще возникают в солнечные дни, когда скорость ветра невысока, а температурный градиент существенно отрицателен. Период таких циклических флюктуаций будет порядка минут. С другой стороны, механические вихри преобладают в периоды безразличной устойчивости в ветреные ночи, и флюктуации ветра в этом случае имеют порядок секунд. Механическая турбулентность формируется в результате движения воздуха над земной поверхностью, и на нее оказывают влияние размещение зданий и относительная шероховатость местности.

Далее

Как отмечалось в предыдущем разделе, рассеяние загрязнителей в атмосфере определяется двумя основными факторами: скоростью среднего ветра и атмосферной турбулентностью. Результат действия первого из них сводится к простому переносу загрязнителей в направлении ветра от источника; под действием турбулентности загрязнители смещаются за счет флюктуаций от главной линии тока в вертикальном и поперечном к ветру направлениях. Два типа турбулентности — механическая и конвективная — обычно действуют одновременно при любых атмосферных условиях, но в различных соотношениях. По этой причине газовые струи, вытекающие из труб, имеют различную форму.

Далее

Из рассмотрения предыдущих разделов этой главы можно сделать вывод, что атмосферные условия, имеющие место в любом данном пункте и в данное время, являются функцией многих величин, включая характеристику местности, влажность атмосферы и другие метеорологические условия. Если мы оценим количество различных загрязнителей, выбрасываемых ежегодно в атмосферу, как это сделано в гл. 1, проблема их воздействия на глобальную окружающую среду представится чрезвычайно важной. Как отмечают Робинсон и Роббинс [9], в природе существуют механизмы удаления из атмосферы газообразных С02, СО, N0 и соединений серы. Хотя эти механизмы и важны при оценке долгопериодного накопления загрязнителей в атмосфере, они не настолько быстро действуют, чтобы решить проблему очистки атмосферного воздуха в городах. Существующие в настоящее время уровни загрязнения атмосферы свидетельствуют о том, что скорости механизма очищения атмосферы должны превосходить скорости ее загрязнения.

Далее

Рассеяние в атмосфере выбросов из труб и вентиляционных устройств зависит от многих взаимосвязанных факторов: физических и химических свойств вещества выбросов, метеорологических условий в окружающей атмосфере, размещения трубы относительно препятствий движению воздуха и характера местности в направлении ветра от трубы. Было предложено несколько аналитических методов для того, чтобы связать рассеяние выбросов с отдельными из упомянутых выше факторов, однако ни один из этих методов не учитывает полную их совокупность.

Далее

С обратно пропорционально их1’76. В настоящее время для того, чтобы улучшить согласие с результатами наблюдений, рассматривается модель турбулентной диффузии. Один из методов включает использование аналого-цифровых расчетов [11]. До тех пор, пока не будут развиты пригодные для использования более сложные методы [25], приходится обращаться к другим моделям. При их рассмотрении полезно сделать выводы из формы записи уравнения (4.2). Из этого уравнения следует, что по мере удаления от центральной линии в ¡направлении осей у иг концентрация уменьшается экспоненциально. Математически это означает, что С в вертикальном направлении и в направлении, перпендикулярном направлению ветра, распределено «нормально». Кроме того, уменьшение значения С в направлении х сильно зависит от величин Кгг и Куу. Следовательно, любая другая модель должна также показывать сильную зависимость от коэффициентов диффузии. Наиболее широко распространенной моделью в настоящее время является модель гауссовой струи. Она представляет собою «нормальное» распределение, подобное тому, которое описывается: уравнением (4.2), но требует обширной информации (получаемой иными способами) о коэффициентах массовой диффузии в направлениях осей у и 2.

Далее

В разд. 4.4 мы рассмотрим модель, позволяющую оценивать концентрацию газообразных загрязнителей на различных удалениях в направлении ветра от источника. Хотя существует несколько основных подходов к этой проблеме, обычно для получения поддающегося математической обработке решения в любом случае необходим ряд упрощающих предположений. В итоге все эти теории сводятся к одной и той же функции распределения концентрации загрязнителя — гауссова распределения. Чтобы оценить значение этого типа функции распределения применительно к загрязнению атмосферы, полезно рассмотреть некоторые общие характеристики гауссова, или нормального, распределения.

Далее

Это уравнение применимо для расчета приземной концентрации на центральной линии от точечного наземного источника.

Далее

Как отмечает Тернер, значения аг менее достоверны, чем значения оу, что отмечено штриховыми линиями на диаграмме аг—х. Это особенно справедливо для расстояний более 1 км в направлении ветра. В отдельных случаях (например, когда атмосфера нейтральна или умеренно неустойчива, а расстояние не превышает нескольких километров) приземные концентрации вдоль центральной линии, полученные с помощью этих диаграмм, будут отличаться в два или три раза от реальных значений.

Далее

Как было отмечено в разд. 4.4.Б, эффект отражения от земли приводит к возрастанию приземных концентраций газообразных загрязнителей с увеличением расстояния х по сравнению с тем, что можно было бы ожидать без учета отражения. Однако такой рост С с увеличением расстояния не может продолжаться непрерывно. В конце концов диффузия в направлениях, перпендикулярных направлению ветра, вдоль осей у иг, уменьшит концентрацию на уровне земли (г = 0) и вдоль центральной линии (у=0). Таким образом, как отмечалось в примере 4.3 и показано на рис. 4.5, кривая зависимости С от х проходит через максимум, а затем начинает уменьшаться, стремясь к нулевому значению при больших значениях х.

Далее

Формулы (4.18) — (4.21) позволяют рассчитать эффективную величину подъема струи над трубой на некотором расстоянии по направлению ветра, где струя практически достигает максимальной высоты. Это смещение струи по вертикали Ак показано на рис. 4.2. Из этого рисунка также следует, что положение максимального подъема струи может быть значительно сдвинуто от трубы по направлению ветра (по оси х). В результате этого рассеяние загрязнителей в струе на небольших расстояниях от трубы будет происходить на высоте, которая меньше эффективной высоты трубы Я. Рассмотренные методы оценки эффективного подъема струи дают большую неопределенность для небольших расстояний от трубы. В итоге большинство моделей основано на использовании только полной эффективной высоты подъема. В 1972 г. Управление долины Теннесси [20] сообщило о результатах тщательных исследований, в которых была предложена методика оценки эффективного подъема струи в зависимости от расстояния х от трубы. Это исследование потребовало обширной информации о соотношениях между высотой трубы, подъемом струи и условиями устойчивости атмосферы для отдельных труб на трех электростанциях, работающих на угле.

Далее

В предыдущих разделах мы рассмотрели ряд выражений для рассеяния газообразных загрязнителей, выбрасываемых наземными и приподнятыми источниками, и некоторые общие методы расчетов. В этом разделе мы рассмотрим другие частные задачи, связанные с общей проблемой рассеяния загрязнителей в атмосфере.

Далее

Рассмотрим типичную для наших дней задачу, связанную с загрязнением атмосферы при проектировании и строительстве новых промышленных предприятий. Газообразные продукты от нового источника после их выброса через трубу должны рассеиваться в атмосфере. Мощность выброса Q известна. На заданном расстоянии х в направлении ветра от проектируемого предприятия находится некоторый объект; необходимо, чтобы концентрация выбрасываемых из трубы продуктов не превышала на нем установленного значения С. Распределение скорости ветра и также известно из метеорологических данных. Задача состоит в том, чтобы определить высоту трубы Я.

Далее

Отметим, что это выражение содержит в качестве переменных величин только х и у. Тернер [6] предложил считывать значения при-земных концентраций на центральной линии с прямой, соединяю-щей значения концентраций для точек хь и 2хь в двойном логарифмическом масштабе на графике, определяющем приземную концентрацию на центральной линии в зависимости от расстояния до источника.

Далее

Если пределы интегрирования определены, то значение интеграла можно взять из стандартных таблиц.Оцените концентрацию суммы углеводородов в точке, расположенной на расстоянии 300 м по направлению ветра от скоростной автострады, в облачный день в 5 ч 30 мин после полудня. Ветер перпендикулярен автостраде, а его скорость равна 4 м/с. Плотность движения автотранспорта вдоль автострады равна 8000 автомобилей в час, средняя скорость движения равна 40 миль/ч. Средняя скорость эмиссии углеводородов для каждой автомашины составляет 2-10-2 г/с.

Далее

Часто точка наблюдения располагается в зоне влияния двух или более непрерывных точечных источников, причем эти источники не лежат на одной прямой с направлением ветра. Этот тип задач, описывающих рассеяние примесей в атмосфере, обычно решают методом суперпозиции. Это означает, что итоговая концентрация в точке наблюдения определяется суммированием концентраций от отдельных источников. Следовательно, задача сводится к точному определению положения точки наблюдения относительно направления ветра и местоположения каждого из источников. Затем применяют формулы, выведенные ранее для приподнятых или наземных источников, с привлечением данных о скорости ветра и классе устойчивости атмосферы. Отличный обзор методов решения задач рассеяния примеси от совокупности точечных источников приведен в [18].

Далее

Этот результат соответствует уравнению (4.6) в разд. 4.4.А, где он используется для выражения концентрации по направлению ветра от наземного точечного источника.

Далее

Для точечного источника на высоте Я над уровнем земли пределы интегрирования по 2 в уравнении (и) можно взять от минус до плюс бесконечности. Пределу минус бесконечность можно приписать следующий физический смысл. Даже если диффузия загрязняющего газа имела бы место ниже поверхности земли, гауссова распределение имеет такую форму, что основная часть загрязнителя находится между уровнем земли и высотой источника Я. Следовательно, добавляя в С интегрирование от уровня земли до минус бесконечности, мы вносим лишь незначительную ошибку, но это упрощает математические выкладки.

Далее

В настоящее время мы располагаем данными по уровням концентраций частиц в атмосфере городов как США, так и мира в целом, что иллюстрируется табл. 5.2 [1]. Из 401 обследованного города 75% имели в тот период средние концентрации, большие, чем 80 мкг/м3. В то же время основной Федеральный стандарт США по качеству воздуха предусматривает в виде допустимого предела среднегодовую среднегеометрическую концентрацию 75 мкг/м3. Данные табл. 5.2 обнаруживают положительную корреляцию между концентрацией частиц и размерами города. Детальное сравнение существующих концентраций с основным стандартом качества воздуха представлено в табл. 5.3, где даны как среднегодовые, так и максимальные измеренные значения. Значительные вариации данных могут объясняться различиями в метеорологических и географических условиях этих городов, равно как и различиями в степени промышленного развития регионов. Следует отметить, что данные, подобные представленным в табл. 5.3, репрезентативны лишь для тех городов, где имеется достаточное количество пунктов наблюдения, и если эти пункты размещены в данном городе в соответствии с распределением как численности населения, так и источников эмиссии. Показанные в табл. 5.3 среднегодовые значения представляют собой средние значения из измерений на всех пунктах наблюдений конкретного города. Вполне возможно, что концентрация в любом данном пункте может в два раза отличаться от среднего значения по всему городу.

Далее

Для выполнения расчетов этого выражения необходимы экспериментальные данные по Со и соответствующие допущения.Для иллюстрации расчета скоростей оседания возьмем частицы с плотностью 1 г/см3 и с диаметрами а) 10, б) 100 и в) 1000 мкм. Необходимо оценить скорость оседания в комнатном воздухе в см/с. Кроме того, необходимо оценить величину VI для частиц размером 10 мкм при плотности 2 г/см3.

Далее

Кроме поправки на «неотражаемость» в уравнение гауссова типа рассеяния должно быть внесено еще одно очень важное изменение. Газообразные загрязнители не подвержены действию силы тяжести, в то время как движение твердых частиц сильно зависит как от действия силы тяжести, так и от действия среды-носителя, связанного с перемещением воздушных масс. Следовательно, уравнение рассеяния должно учитывать действие этих сил. По существу, действие силы тяжести на рассеяние частиц проявляется в том, что осевая линия выброса по мере переноса загрязнителя по ветру отклоняется вниз. В сравнении с совершенно горизонтальной осью шлейфа газообразной эмиссии шлейф аэрозольного вещества имеет наклон вниз.

Далее

При прочих равных условиях практически все пылеулавливающие устройства обладают тем большей эффективностью, чем выше концентрация загрязнителей. Следовательно, газовые системы должны быть оборудованы установками для концентрирования загрязнителей в возможно меньший объем воздуха. Это весьма важно, особенно для вентиляторов, так как стоимость газоочистного оборудования в значительной степени определяется объемом обрабатываемого газа, а не количеством уловленной пыли. Снижение выбросов загрязнителей воздуха с помощью процессов и систем регулирования является важной составляющей технологии газоочистки.

Далее

Можно выделить по крайней мере шесть механизмов улавливания частиц: гравитационное оседание, центрифужное соударение, инерционное соударение, прямой захват, диффузию и электростатические эффекты. В следующих разделах будет рассмотрен каждый из этих механизмов улавливания. Явления гравитационных, центрифужных и электростатических сил хорошо известны инженерам и ученым. Однако здесь имеет смысл подробнее остановиться на деталях различия между инерционным соударением, прямым захватом и диффузией. На рис. 5.10 представлена упрощенная модель этих трех механизмов. Частицы переносятся практически с той же скоростью, что основной газовый поток. Молекулы газа в силу своей чрезвычайной легкости огибают любое тело, встречающееся на их пути. Твердые частицы с существенно большими массами сопротивляются изменениям движения, и чем тяжелее частица, тем менее она подвержена таким изменениям. Инерционное соударение, показанное на рис. 5.10, а, присуще относительно крупным частицам, которые движутся по курсу соударения с захватывающим телом. Силы инерции препятствуют изменению направления их движения, в то время как газ и более мелкие частицы имеют тенденцию отклониться и обогнуть захватывающее тело.

Далее

Для правильного выбора типа очистного устройства необходимо учесть большое количество различных факторов. Важнейшими из них являются следующие: физические и химические свойства частиц, диапазон объемных скоростей газовых потоков, диапазон ожидаемых концентраций частиц (пылевая нагрузка), температура и давление в потоке, влажность, природа газовой фазы (коррозионные свойства, растворяющая способность и т. д.) и требуемые качества отходящего потока. Последний фактор может быть важнейшим, поскольку им определяется необходимая эффективность улавливания, которую можно достигнуть либо единичным устройством, либо серией последовательно работающих устройств. В большинстве случаев вышесказанное ограничивает выбор инженера одним или двумя основными типами устройств.

Далее

Ниже перечислены четыре основных типа пылеулавливающих устройств и условия, при которых они наиболее эффективны. Необходимо, однако, помнить, что перечень этот весьма условен и реально может иметь место множество выходящих за эти рамки ситуаций.

Далее

Значительное большинство известных в настоящее время загрязнителей воздуха — газы, такие, как окись углерода, окислы азота, окислы серы, несгоревшие углеводороды. Из приведенных в табл. 1.11 данных за 1973 г. видно, что на долю газов приходится 91% по весу всех загрязняющих воздух веществ, причем окись углерода составляет 56%. Из табл. 1.11 со всей очевидностью следует, что сжигание ископаемых топлив является основным источником газообразных загрязнителей. Другие пары и газы, испускаемые в атмосферу в ходе многочисленных производственных процессов, также могут повышать локальные концентрации загрязняющих веществ до нежелательных уровней. Подробную информацию об этих веществах можно найти в [1, 2] ив других периодических изданиях министерства здравоохранения, просвещения и социального обеспечения (МЗПСО).

Далее

Такие важные загрязнители, как двуокись серы и окислы азота, будут описаны в отдельных главах. Несгоревшие углеводороды поступают в атмосферу при работе двигателей внутреннего сгорания, при сжигании топлива в стационарных установках и при других промышленных процессах, таких, как переработка нефти и сушка промышленных покрытий. Борьба с углеводородами и окисью углерода, выделяющимися при работе двигателей внутреннего сгорания, будет описана в гл. 10. Здесь же мы расскажем об основных принципах химической кинетики и дадим некоторую информацию о борьбе с окисью углерода и углеводородами, поступающими в атмосферу при работе стационарных источников. Начнем с описания двух широко применяющихся методов борьбы со многими газообразными загрязнителями в отходящих газах, а именно адсорбции и абсорбции.

Далее

Очистка газовых выбросов с помощью жидких поглотителей состоит в контактировании потока загрязненного газа с поглотителем при последующем отделении очищенного газа от отработанного поглотителя. В ходе процесса загрязняющая примесь поглощается жидкостью. Абсорбция — типовой процесс химической технологии, который в технике очистки газовых выбросов часто называется скрубберным процессом. Движущей силой его является градиент концентраций на границе раздела фаз газ — жидкость. Процесс протекает тем быстрее, чем больше поверхность раздела фаз, турбулентность потоков и коэффициенты диффузии. Абсорбции посвящено много публикаций в литературе химико-техноло-гического профиля, и к ним следует обращаться за дополнительной информацией. Здесь же будут рассмотрены самые общие характеристики абсорберов, которые широко используются для удаления таких загрязняющих веществ, как сернистый ангидрид, сероводород, легкие углеводороды.

Далее

Можно показать, что kx = ckL■ Поскольку преимущественный интерес представляет перенос массы из газа в жидкость, то и уравнение (6.7) записано для движения вещества А от поверхности раздела в толщу жидкости.

Далее

Необходимо отметить, что концентрации сА, хА> р и уА являются фиктивными параметрами. Они не соответствуют никаким реальным проявлениям абсорбционного процесса. Однако опосредовано, через равновесные данные, они всегда соотносятся с реальной концентрацией в ядре одной из фаз двухфазовой системы.

Далее

Для определения рабочих параметров насадочных абсорберов необходимо составить материальный баланс процессов переноса. На рис. 6.11 приведена принципиальная схема абсорбера с обозначениями основных параметров потоков газа и жидкости. На этом рисунке вт — общий расход газа (в молях за единицу времени), Ьт — расход жидкости (размерность та же), Ь5,т — расход жидкого растворителя (размерность та же), Ос,т— расход газа-носителя (размерность та же), х •— мольная доля примеси в жидкости, у — мольная доля примеси в газе, X— молярное отношение в жидкости (моли загрязняющей примеси на моль жидкого растворителя) , У — молярное отношение в газе (моли загрязняющей примеси на моль газа-носителя).

Далее

Часто равновесная кривая выгибается вверх. В этом случае метод построения рабочей линии, как касательной и равновесной кривой, не пригоден для определения минимального отношения жидкость — газ. Минимальное отношение соответствует случаю, когда концентрация примеси в выходящей жидкости равновесна ее концентрации в поступающем газе. Рабочая линия пересекает равновесную кривую в точке, соответствующей исходной концентрации газа. Положение рабочей линии, соответствующее минимальному отношению жидкость — газ, для выгибающихся равновесных кривых показано на рис. 6.13,6.

Далее

При дальнейшем увеличении расхода газа величина зависания жидкости растет более интенсивно. Жидкость начинает накапливаться в свободном пространстве зоны ввода, и слой ее появляется поверх насадки. Такое же явление может вызвать избыточный ввод жидкости в газ. Насадку в этом случае называют затопленной. Этому состоянию отвечает вторая характерная точка (В) на рис. 6.14, которую называют точкой захлебывания. Работа в этом состоянии опасна из-за большого сопротивления газа в абсорбере и высокой чувствительности величины АР/2 к расходу потоков. Чтобы избежать этих нежелательных состояний, рекомендуется поддерживать такие условия работы абсорбера, в которых точка зависания или не достигается или превосходится на очень небольшую величину. В качестве практического правила можно принять, что скорость газа должна составить 40—70% от значения, характерного для захлебывания.

Далее

Основными факторами, определяющими требуемую высоту на-садочного абсорбера, являются общее сопротивление переносу массы между газовой и жидкой фазами, средняя движущая сила и эффективная поверхность контакта фаз. Первые два параметра могут существенно изменяться по высоте колонны. Поэтому для предсказания общей скорости массопередачи следует использовать некоторую процедуру усреднения.

Далее

Индекс А при у в последнем выражении опущен. Интегрирование уравнения (6.19) по всему интервалу составов газовой фазы позволяет определить X — требуемую высоту абсорбера для случая, когда перенос массы ограничен сопротивлением газовой фазы. Аналогичное выражение может быть выведено для ограничивающего сопротивления жидкой фазы.

Далее

У1—У2. Рис. 6.17 — это рассмотренная ранее диаграмма У—X. Обычно равновесная кривая АВ не описывается прямой линией; последней по причинам, обсужденным выше, является рабочая линия. Расстояние по вертикали .между рабочей и равновесной кривыми, как и ранее, соответствует разности концентраций, или «движущей силе», благодаря которой осуществляется абсорбция.

Далее

Это уравнение позволяет вычислить общую высоту единицы переноса массы через высоту единицы переноса в газовой и жидкой фазах, или соответственно через Яг и Нт.Источник: J. Н. Perry, ed. Chemical Engineers Handbook, New-York, McGraw-Hill Book Co., 1950.

Далее

Общий порядок реакции, представленной любым из этих уравнений скорости, определяется как сумма (а+6). Реакция имеет порядок а по реагенту А и порядок Ь по реагенту В. Коэффициент пропорциональности к представляет собой положительное число, которое зависит от температуры, а возможно, и от других параметров, но не зависит от концентраций. Эту величину часто называют константой скорости или удельной скоростью реакции. Размерность к определяется принятой размерностью концентрации.

Далее

В случае реакции (с), характеризующейся относительно низкой энергией активации, величина к увеличивается всего в 2 раза . Поскольку сама температура также увеличивается в 2 раза, экспоненциальный член увеличивается в 4 раза. В случае реакции ((1), характеризующейся высокой энергией активации, величина к изменяется более чем на 8 порядков величины. На основании этих данных можно сделать следующий общий вывод. Когда энергия активации достаточно мала (например, <50 000 Дж/г-моль), константа скорости слабо зависит от температуры. При более высоких энергиях активации (особенно, когда они превышают 100 000 Дж/г-моль) константа скорости весьма чувствительна к колебаниям температуры.

Далее

Углеводородные пламена обычно содержат в зоне пламени значительные количества радикалов ОН, так что этот фактор не ограничивает образования окиси углерода.Эта реакция протекает сравнительно медленно и, вероятно, большой роли не играет. Однако исключение реакции (6.41) имеет важные последствия. В бедных пламенах всегда имеется избыток кислорода. В связи с этим может вызвать удивление значительное содержание окиси углерода в охлажденных газах. Однако в свете элементарной кинетики прямое окисление не является доминирующим процессом, несмотря на избыток кислорода. Доминирующей является реакция (6.40). Если механизм процесса действительно таков, то концентрация гидроксильных радикалов в различных зонах горения определяет степень потребления окиси углерода в этих зонах.

Далее

Вычислено по термохимическим таблицам ЛА!№АР.Пример 6.4. Определить количество молей окиси углерода в равновесной смеси идеальных газов при 2000 К, если исходная смесь содержала 1,00 моль окиси углерода, 0,55 моля кислорода и 2,05 моля азота при 1 атм.

Далее

Определение содержания окиси углерода в атмосфере и выбросах подвижных и стационарных устройств чаще всего осуществляют, используя методы недисперсионной инфракрасной спектроскопии, газовой хроматографии с пламенным ионизационным детектором и каталитического окисления. Рабочие характеристики инфракрасных спектрометров и пламенных ионизационных детекторов кратко представлены в приложении А. При каталитическом окислении обычно измеряют разность температур между ячейкой, в которой происходит окисление, и идентичной ячейкой, в которой окисления не происходит. Разность температур, измеренная термопарой, является мерой концентрации окиси углерода в газовом потоке. В качестве катализатора окисления окиси углерода применяют гопкалит, который представляет собой смесь МпОг с СоИ, но могут быть использованы и другие катализаторы.

Далее

Источник: Т. Phillips and R. W. Rolke. Am. Inst. Chem. Engineers Symposium Series No. 137, 70, 1974.Следует отметить, что эта формула учитывает концентрации не только углеводородов, но, и окиси углерода. Поскольку федеральный стандарт, регламентирующий чистоту воздуха, учитывает загрязнение окисью углерода, может возникнуть необходимость во включении норм содержания этого загрязняющего вещества в законодательство многих штатов.

Далее

Как следует из самого названия, в рассматриваемом процессе газовые отходы непосредственно сжигают в печи с подводом или без подвода дополнительного топлива, например природного газа. В некоторых случаях отходящий газ сам является горючей смесью, не требующей добавления воздуха. В других ситуациях даже после добавления воздуха смесь не достигает .состава, находящегося в пределах воспламеняемости. При концентрациях ниже нижнего предела воспламеняемости добавление относительно небольшого количества топлива часто обеспечивает воспламеняемость смеси. В правильно спроектированном устройстве без дополнительного ввода топлива можно эффективно сжигать отходящий газ с теплотой сгорания 85—90БТЕ на 1 куб. фут (3150—3350 кДж/м3).Даже это требование можно обойти посредством подогрева газового потока на несколько сот градусов, так как нижний предел воспламеняемости понижается с ростом температуры. Как бы то ни было, прямое сжигание следует использовать только в тех случаях, когда отходящие газы обеспечивают подвод значительной части энергии, необходимой для осуществления процесса. Из экономических соображений этот вклад должен превышать 50% общей теплоты сгорания. Это ограничение приобретает особое значение в связи с мировым дефицитом газообразного и жидкого топлива.

Далее

Установлено также, что, не изменяя конструкции горелки, можно повысить степень окисления окиси углерода от умеренно низкого значения (например, от 40—50%) до 95%, повысив температуру всего на 50 Т.В табл. 6.10 перечислены процессы, газовые выбросы которых могут быть очищены от углеводородов посредством термического окисления [27]. Разумеется, этот список неполон, и постоянно появляются сообщения о новых применениях термического окисления для обезвреживания сильнопахнущих веществ, углеводородов и окиси углерода. Расходы отходящих газов в устройствах для термического окисления обычно колеблются в пределах между 300 и 30 000 н. куб. фут/мин. Малогабаритные устройства более дороги. По данным 1974 г., капитальные затраты колеблются в пределах от 4 до 12 долларов на 1 н. куб.фут обрабатываемого газа в минуту. Естественно, расходы увеличиваются с повышением рабочей температуры, так как это вызывает необходимость в увеличении прочности и веса оборудования. Кроме того, расчеты, выполненные для идеального газа, показывают, что при заданном времени пребывания размер камеры сжигания прямо пропорционален абсолютной температуре в зоне горения.

Далее

Большинство промышленных газообразных отходов, содержащих горючие примеси, имеет довольно низкую температуру. В связи с этим требуется подогревающая горелка, обеспечивающая достижение температуры, необходимой для эффективной работы катализатора. Для рассматриваемых процессов каталитического окисления характерны температуры, находящиеся в пределах между 600 и 1000Т (между 590 и 810К). Этот интервал находится ниже температуры самовоспламенения, так что горючие примеси, содержащиеся в газообразных отходах, не подвергаются термическому окислению, а просто подогреваются. Окисление происходит на поверхности катализатора. Прямого пламени при этом не видно, но поверхность катализатора светится. Степень каталитического сжигания обычно составляет 95—98%, так что отходящие газы этого процесса состоят в основном из двуокиси углерода, водяного пара и азота. Схема аппарата для каталитического дожигания показана на рис. 6.23. Воздуходувка, изображенная на этой схеме, должна выдерживать умеренные температуры, устанавливающиеся при работе горелки для предварительного нагревания. Благодаря относительно низким рабочим температурам даже при довольно длительном пребывании обрабатываемого газа в аппарате не происходит существенного образования окислов азота.

Далее

При осуществлении любого из рассмотренных выше процессов термического обезвреживания отходящих газов необходимо учитывать следующее важное соображение. В зависимости от выбранного способа обезвреживания (прямое сжигание, каталитическое или термическое окисление) температура газа, выходящего из устройства для сжигания, может колебаться в пределах от 700 до более чем 2000 °F. Это означает, что поток отходящих газов является носителем значительного количества энергии при относительно высокой температуре. Кроме того, вследствие сгорания примесей такой газовый поток содержит только инертные газы, поскольку все токсичные и агрессивные в коррозионном отношении компоненты были обезврежены в процессе сжигания. Этот газовый источник высококачественной энергии может быть использован в других процессах, реализуемых на данном предприятии.

Далее

Как уже упоминалось выше, скорость окисления углеводорода пропорциональна его концентрации в газовом потоке при условии обеспечения по меньшей мере 2%-ного (против стехиометрии) избытка кислорода (по объему).

Далее

Отметим, что как среднегодовое, так и 24-часовое значение нормативов качества воздуха для этого региона ниже (т. е. жестче), чем федеральные нормативы.Поскольку федеральный 1-часовой норматив не установлен, используем для сравнительного анализа на рис. 7.2 1-часовой норматив, принятый в Индианаполисе и равный 0,42 млн-1. Из рисунка мы видим, что для большинства городов норматив 0,42 млн-1 превышается с частотой менее 5%. Хотя это, казалось бы, и небольшая величина, но она означает превышение норматива в течение 20 дней в году. Однако проблема загрязнения двуокисью серы более сложна и более серьезна, чем можно предположить, оценивая данные рис. 7.2. Концентрации S02 в большинстве городов распределены очень неравномерно. Отдельные районы того или иного города могут легко удовлетворять федеральным нормативам на SO2, если они удачно размещены относительно промышленных центров этого города и им благоприятствует роза ветров. В других районах этого же города из-за их неблагоприятного размещения федеральный или местный норматив может значительно превышаться.

Далее

По-видимому, в схеме окисления кинетически важна, например, окись серы ¿0. Имеются также данные, что важную роль при некоторых обстоятельствах может играть БгО. Поскольку и БО, и ЭгО нестабильны и высокореактивны при атмосферных температурах, среди обычных продуктов горения их не обнаруживают.

Далее

Из табл. 7.1 видно, что около 75% выбросов двуокиси серы приходится на процессы сжигания ископаемого топлива. Поэтому методы борьбы с загрязнением атмосферы выбросами соединений серы, обсуждаемые здесь, относятся в основном к процессам сжигания топлива, таким, например, какие имеют место на тепловых электростанциях. Методы борьбы с выбросами на других типах промышленного производства, например заводах по выработке серной кислоты, металлургических предприятиях и целлюлозно-бумажных фабриках, здесь не рассматриваются; их можно найти, в частности, в [1].

Далее

Небольшие промышленные предприятия и некоторое число маломощных электростанций можно было бы перевести на природный газ в качестве топлива. Однако в связи с тем, что природный газ широко используется для отопления домов, его запасы недостаточны, чтобы покрыть увеличивающиеся потребности электростанций. В настоящее время руководители некоторых предприятий, которые исторически работают на природном газе в качестве топлива, уже испытывают серьезную тревогу относительно дальнейшего обеспечения их природным газом. При существующем темпе потребления газа в континентальных районах США запасов природного газа хватит менее чем на 15 лет. Дополнительное финансирование может привести к стимулированию бурения газовых скважин, что на короткий промежуток времени увеличит приток газа от новых источников. Кроме того, трубопровод, проложенный с севера Аляски в континентальные штаты США, облегчит угрожающую нехватку природного газа. Однако массовое переключение предприятий на природный газ для уменьшения выбросов БОг не следует рассматривать как перспективную альтернативу.

Далее

Сера встречается в угле в двух различных формах — органической и неорганической. Неорганическое соединение — железный колчедан ЕеБг— включено в вещество угля в виде дискретных частиц и, таким образом, поддается физическому удалению с помощью гравитационного осаждения при промывке. Относительное процентное содержание пиритной и органической серы меняется в зависимости от типа угля. Как правило, пиритная форма охватывает 40% или меньше объема угля и, промывая его водой, можно уменьшить общее содержание серы на Уз- Сера в органической форме в углях химически связана, и, следовательно, чтобы ее удалить, необходимы более сложные и дорогостоящие химические процессы. Например, такой процесс может включать газификацию угля или преобразование угля в синтетические нефть или твердое вещество.

Далее

Примером использования высоких труб в борьбе с выбросами Б02 является план, осуществленный в шт. Джорджия. Он был разработан в 1971 г. на основе диффузионной модели Агентства по охране окружающей среды. Результаты модели хорошо согласуются с данными измерений качества воздуха, проведенных на контрольных площадках в Атланте и Саванне. Особенность модели состоит в том, что стратегия борьбы с выбросами включает положение, позволяющее использовать очень высокие трубы для борьбы с выбросами БОг. Таким образом, для любого источника выбросов, который не удовлетворяет существующему нормативу, остается право выбора одного из следующих возможных вариантов: 1) использование низкосернистого топлива или очистка отходящих газов для уменьшения выбросов до уровня, который допустим для существующей высоты трубы; 2) увеличение высоты этой трубы настолько, чтобы выбросы удовлетворяли нормативам качества воздуха; 3) комбинация методов уменьшения выбросов БОг и увеличения высоты трубы [27]. Стратегия регулирования выбросов в шт. Джорджия позволила сжигать на электростанциях уголь, который содержит 3% серы.

Далее

В настоящее время наблюдается чрезвычайно медленный прогресс в разработке удовлетворительных процессов удаления серы из отходящих газов, что связано с важностью и сложностью этой проблемы. Отметим, например, что электростанция мощностью 1000 МВт, использующая в качестве топлива уголь с содержанием серы от 2,5 до 3%, выбрасывает 1,7—2,0 млн. фут3/мин отходящих газов с содержанием ЭОг в них от 0,2 до 0,3% по объему. Существует много различных электростанций, но технически и экономически выгодно большинство процессов очистки газов как можно теснее увязывать с размерами и размещением конкретной станции. Представляется маловероятным, что один и тот же метод очистки отходящих газов от серы может быть использован для предотвращения выбросов от всех типов источников. Конкретные методы борьбы с выбросами зависят от таких факторов, как размер котла, его конфигурация, распределение тепловой нагрузки, географическое размещение и т. д. Наиболее перспективные методы удаления БОг из отходящих газов [7] будут рассмотрены в следующем разделе.

Далее

Принципиальное преимущество метода очистки отходящих газов с использованием извести и известняка заключается в относительной простоте, с которой оборудование может быть размещено на уже работающем предприятии. Другим часто упоминаемым преимуществом можно считать то, что одновременно с Э02 удаляются взвешенные частицы. Следовательно, отпадает необходимость в механических коллекторах, таких, как осадители. Однако это спорный вопрос. Если, например, очистная установка прекращает работу в связи с текущим ремонтом, то предприятие одновременно прекращает очистку выбросов и от взвешенных частиц. Поэтому иногда перед поглотителем двуокиси серы ставят отдельно систему для удаления частиц. Для очистки выбросов от БОг могут быть также использованы влажные очистные установки [10]. Фактически мокрые скрубберы представляют собой комбинацию из нескольких методов очистки газов от БОг, которые используются на небольших электростанциях.

Далее

В процессе очистки отходящих газов окисью магния последняя в шламе выполняет ту же роль, что и известняк и известь в известковом способе. Принципиальная разница между этими двумя процессами заключается в том, что процесс, включающий окись магния, является обратимым, тогда как известковый способ обычно считается необратимым. В процессе, использующем NígO, очистка осуществляется с помощью шлама М£(ОН)2. Поглощение Э02 шламом приводит к образованию сульфита магния (или сульфата магния). В процессе отделения и отжига получающегося твердого продукта А О восстанавливается и, кроме того, в потоке газа оказывается от 10 до 15% двуокиси серы. (Кокс или другие восстановители, добавляемые на стадии прокаливания, восстанавливают любые сульфатные соединения). Регенерированная окись магния возвращается в очистную камеру.

Далее

Что касается экономики описанной системы, то на первый взгляд представляется, что чем больше серы содержит сжигаемый уголь, тем больше будет доход от очистной системы за счет продажи серной кислоты, извлекаемой из отходящих газов. Однако цена серной кислоты подвержена значительным колебаниям. Если большое число электростанций начнет вырабатывать серную кислоту, то ее производство, как легко подсчитать, превысит потребности страны. Влияние перепроизводства на стоимость кислоты может коренным образом изменить экономику оцениваемого процесса.

Далее

Испытания опытной установки указывают на возможность удаления с помощью такого процесса от 95 до 99% 502 из промышленных отходящих газов.Двуокись серы собирается в небольшие емкости и хранится в виде сухого газа для использования в производстве серной кислоты или может быть сжижена для продажи. На рис. 7.5 показана схема процесса.

Далее

Согласно различным оценкам, в настоящее время имеются на рынке около 100 приборов для непрерывной регистрации БОг- Работа этих приборов основана на различных принципах: регистрация проводимости, колориметрия, регистрация инфракрасных лучей, кулонометрия, спектрофотометрия, пламенно-эмиссионная спектрометрия, электрохимия и регистрация ядер конденсации. Некоторые из этих методов кратко рассмотрены в приложении А. Среди большого количества показателей, которыми характеризуются любой прибор и метод, одним из наиболее важных является чувствительность. Это относится и к приборам для регистрации ЗОг, ибо уровни ее в большинстве негородских районов составляют около 0,02 млн-1 и меньше. Многие коммерческие приборы имеют нижний порог регистрации около 0,01 млн-1. Другим условием надежной работы прибора считается отсутствие помех от других ингредиентов, присутствующих в атмосферном воздухе. Например, двуокись углерода оказывается помехой при использовании приборов, основанных на принципе проводимости, а такие вещества, как озон, окислы азота, некоторые органические соединения и даже мелкодисперсные взвешенные частицы, создают трудности при использовании кулонометрических приборов. Пламенный фотометрический детектор регистрирует скорее общую серу, присутствующую в воздухе, чем двуокись серы отдельно. Перечисленные трудности можно преодолеть, используя два аналитических метода одновременно, например газовую хроматографию с пламенно-фотометрическим детектором на выходе. В этом случае соединения серы, подобные БОг, ШЗ, СНзЭН, разделяются сначала на хроматографической, колонке, а затем измеряются отдельно с помощью пламенной фотометрии. Порог чувствительности этого метода очень низок и равен примерно 2-10-3 млн-1. Хотя преимущества такого способа очевидны, можно предвидеть возникновение дополнительных технических и эксплуатационных трудностей при использовании такой системы. Достаточно подробный обзор имеющихся в продаже анализаторов для непрерывной регистрации БОг по состоянию на 1973 г. приведен в [29].

Далее

Первичный федеральный норматив качества воздуха для двуокиси азота при годовом осреднении равен 100 мкг/м3, или 0,05 млн-1. Эта величина основана главным образом на данных, полученных в г. Чаттануга (шт. Теннесси) в течение и после периода с высокими уровнями N02. По нескольким причинам это исследование подвергалось критике. Одно из главных сомнений в надежности исследования связано с эффектом синергизма сульфатов и нитратов, одновременно присутствовавших в атмосфере. Кроме того; мог быть неточным использованный в работе метод для измерения уровней Ы02. Имеющихся дополнительных данных недостаточно для изменения существующего норматива, равного 0,05 млн !. Фактически более поздние исследования указывают, что это значение могло бы быть увеличено на 50% или более при обеспечении более чем десятикратного коэффициента безопасности.

Далее

Как отмечалось в разд. 8.3, количество N0 и N02, образующееся в различных системах сжигания, не находит удовлетворительного объяснения на основе лишь одного термодинамического анализа. Необходимо также принять во внимание скорость реакции. Применение химической кинетики к процессам горения с участием атмосферных азота и кислорода помогло выяснить структуру системы химических реакций, которая приводит к образованию окислов азота. Хотя в целом механизм реакций очень сложен и некоторые его детали еще остаются спорными, с середины 60-х годов был достигнут значительный успех в понимании сложных химических процессов.

Далее

В предыдущем разделе была описана кинетика образования окиси азота из молекулярного азота атмосферы по механизму Зельдовича. Недавние исследования [31, 32] показали, что химически связанный азот в углеводородном топливе (топливный азот) является еще одним существенным источником образования NO. Наиболее распространенными соединениями, обнаруживаемыми в нефти, являются соединения с гетероциклическими кольцами: пиридин, пиперидин и хинолин. Уголь содержит как алифатические, так и ароматические азотсодержащие соединения [33]. Природный газ, по существу, лишен таких компонентов. Важно, что в большинстве таких азотсодержащих органических соединений связи между атомами азота и остальной частью молекулы значительно слабее, чем связь N—N в молекулярном азоте ( 940 кДж/моль). Поэтому неудивительно, что содержащийся в топливе азот в процессах горения может давать большие количества N0.

Далее

На основе термодинамического и кинетического анализов, рассмотренных ранее, можно понять суть некоторых возможных методов снижения концентраций N0 в дымовых газах путем контроля над горением. В целом основными параметрами, которые влияют на образование N0 , являются температура, время контакта, концентрации различных веществ и степень смешения. С экспериментальной точки зрения факторы, которые определяют образование N0., включают: 1) соотношение воздух — топливо; 2) температуру воздуха, поступающего в зону горения; 3) степень охлаждения зоны горения; 4) конфигурацию топки. Рассмотрение этих основных конструктивных факторов приводит к анализу способов сжигания, известных как рециркуляция топочных газов и двухступенчатое сжигание. Вид топлива также оказывает большое влияние на процесс горения.

Далее

При некоторых процессах сжигания по разным причинам может оказаться нецелесообразным использовать методы прямого контроля над процессом горения для достижения желаемых выбросов N0 . В этих случаях необходимо удалять окислы азота из охлажденных дымовых газов перед их выбросом в атмосферу. В настоящее время изучается целый ряд методов удаления N0 .

Далее

Приборы для обнаружения N0 или N02 в выбросах от стационарных и подвижных источников основаны на целом ряде принципов. Они включают колориметрию, кулонометрию, электрохимию, хемилюминесценцию и недисперсионное поглощение в инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой областях. Краткое описание применения этих принципов в измерительной аппаратуре приведено в приложении А.

Далее

Одной из наиболее неприятных черт жизни в городских районах промышленно развитых стран является частое наличие смога. Смогом обычно называют тип загрязнения атмосферы, который образуется при взаимодействии солнечного излучения с различными примесями в атмосфере. Химически смог характеризуется наличием относительного высокого уровня оксидантов, которые раздражают глаза и горло, повреждают растительность и вызывают растрескивание материалов, таких как резина. Для смога характерны также запах и пониженная видимость.

Далее

Возбужденное состояние обычно весьма нестабильно, так что вслед за образованием А быстро следует вторая реакция. Один или оба продукта В и С могут быть очень реакционноспособны. Следовательно, они могут положить начало цепи реакций с образованием нежелательных продуктов фотохимического смога.

Далее

В результате над поверхностью земли образуется слой озона с наибольшей концентрацией (3 млн-1) на высотах между 16 и 32 км.В настоящее время некоторые вещества, поступающие в атмосферу от антропогенных источников, оказываются за счет турбулентности и диффузии в верхней атмосфере. Все количество окислов азота, заносимых в верхнюю атмосферу или образующихся там, вероятно, возвращается на поверхность земли в виде азотной кислоты в результате окисления в слое озона. Следовательно, антропогенные концентрации N0 вблизи поверхности земли, по-видимому, не подвержены влиянию реакций в верхней атмосфере.

Далее

Реакция (14) является равновесной. Азотная кислота, образующаяся в любой из этих реакций, далее может реагировать с образованием нитратов.

Далее

Следовательно, реакции углеводородов этого типа увеличивают образование NO2 вдобавок к реакциям фотолитического цикла двуокиси азота. В результате возрастает концентрация озона [согласно уравнению (9.1)]. Таким образом, вышеприведенная схема реакций обеспечивает механизм увеличения концентрации озона. Реакция (18) превалирует над реакцией (6) окисления NO в N02, и поэтому реакция (6) не играет существенной роли в уменьшении концентрации озона. Таким образом, реакция (2) дает озон, но в утренние часы в атмосфере она малоэффективна. Дополнительным источником 03 может быть реакция перекисных радикалов с Ог, т. е.

Далее

В исследованиях загрязнения атмосферы название «оксиданты» обычно применяется к веществам, способным окислять иодид калия или другие химические вещества. Подчас бывает трудно получить корреляцию между методами измерения концентраций оксидантов, так как различные окислители по-разному реагируют с веществами, применяемыми в этих методах. Оксиданты в атмосфере включают озон, двуокись азота, перекись ¡водорода (Н202), вещества типа пероксиацилнитратов и, возможно, другие типы органических перекисных и гидроперекисных соединений.

Далее

Для образования фотохимического смога важно присутствие углеводородов. Однако не каждый углеводород при реакции с другими примесями атмосферы дает одинаковое количество химических веществ, вызывающих такие эффекты, как повреждение растительности, снижение видимости и раздражение глаз. Эти различия объясняются разной реакционной способностью углеводородов. В литературе дается несколько различных способов выражения реакционной способности. Среди экспериментальных данных, используемых для оценки этой способности, приводятся скорость поглощения углеводорода в реакции, скорость окисления окиси азота, образование оксидантов, аэрозолей, раздражение глаз и повреждение растительности [4].

Далее

К полудню концентрация озона достигает максимума, после чего она начинает постепенно падать. При сильном смоге в котловине Лос-Анджелеса концентрации озона могут достигать, например, 0,5 млн-1. Это означает, что в воздухе в данный момент присутствует 500 т озона. Озон хорошо образуют диолефины, оле-фины, альдегиды и спирты. Существенно, что эти группы веществ образуют озон с различной скоростью. Следовательно, по мере поглощения в реакциях более реакционноспособных веществ роль озонообразующих веществ берут на себя менее реакционноспособные соединения. Конечным результатом, как показано на рис. 9.4, является рост озона в течение весьма продолжительного времени.

Далее

Важным физическим эффектом загрязнения атмосферы является снижение видимости. Это снижение видимости вызывается обычно рассеянием и поглощением радиации аэрозолями в атмосфере. Если о количественном влиянии окислов серы ничего не известно, то туман серной кислоты и другие сульфатные частицы считаются признанной причиной рассеяния. Эти частицы образуются при вышеописанных сложных окислительных процессах взаимодействия ¡между атмосферными загрязнениями. Фотодиссоциация двуокиси серы, выделяемой в атмосферу в процессах горения, невозможна, так как она может протекать лишь при длинах волн короче тех, которые достигают нижней атмосферы. Поэтому фотохимические превращения 302 могут включать лишь реакции возбужденных молекул ЭОг.

Далее

В 1968 г. выбросы подвижных источников в США — легковых автомобилей, тепловозов и дизельных грузовиков, а также авиатранспорта— составили по крайней мере 42% от общего загрязнения атмосферы пятью основными загрязняющими веществами. В табл. 10.1 представлены выбросы источников трех основных загрязняющих веществ. Из этой таблицы можно видеть, что на долю автомобилей с бензиновыми двигателями приходится большая часть загрязняющих веществ, выделяемых подвижными источниками. Некоторое значение имеют также не показанные в таблице данные об аэрозолях (в виде твердых частиц) от дизельных двигателей и турбореактивных самолетов.

Далее

Дополнительным осложнением является то, что режим движения самого автомобиля оказывает заметное влияние на выбросы, что иллюстрируется приведенной ниже таблицей . В 1960 г. с целью установления норм допустимого выброса выхлопных газов и выбросов за счет испарения был создан Совет шт. Калифорния по контролю загрязнения от автотранспорта. Первым требованием в отношении выбросов автотранспорта было снижение утечки газов из картера двигателя. Калифорнийский совет по контролю загрязнения от автотранспорта принял резолюцию, требующую установки вентиляционной системы картера под давлением на всех новых автомобилях, продаваемых в Калифорнии начиная с моделей 1963 г.

Далее

Полное, или теоретическое, сгорание, как показывает указанная выше реакция, определяется полным превращением углерода в С02, а водорода в Н20. Это превращение часто также называется стехиометрической реакцией. Полезно дать определение соотношению смеси или соотношению воздуха и топлива в смеси (Л//7). Оно представляет собой отношение массы воздуха, требующегося для горения, к единице массы топлива, т. е.

Далее

Для сбора и хранения этих паров может быть применена система накопления, предусматривающая продувку паров и их сжигание при последующей работе двигателя; после этого система вновь готова к повторному использованию. Система накопления, использующая принцип регенерации, показана на рис. 10.10. В этой системе карбюратор имеет внутреннюю вентиляцию, так что испаряющиеся из него пары накапливаются во впускном трубопроводе двигателя и воздухоочистителя. Пары из топливного бака собираются, отделяются от захваченных жидких частиц и накапливаются в бачке с активированным углем. Когда двигатель после нерабочего периода начинает работать, через слой угля продувается воздух, очищающий активированный уголь от поглощенных им паров углеводородов. Воздух, прошедший слой угля, направляется в воздухоочиститель; таким образом пары углеводородов сжигаются в камере сгорания.

Далее

Источник: P. L. Levins et al. Chemical Analysis of Diesel Exhaust Odor Species, Trans. Soc. Automotive Engineers, no 730216, 1974.Перепечатано с разрешения Общества автомобильных инженеров, 1968 г.Объединенных исследований топлива (ОИТ). Этот двигатель применялся Ли и Уиммером [6] для оценки выбросов при сжигании бензина, пропана, метана и газообразной топливной смеси метана с водородом в оптимальных условиях для каждого вида топлива. При этом использовался расчетный рабочий цикл, имитирующий транспортную нагрузку. Результаты исследования представлены в табл. 10.4. Из данных этой таблицы можно заключить, что, хотя для приспособления топлива к двигателю в него необходимо внести некоторые изменения, наибольшее снижение выброса выхлопных газов может быть достигнуто при использовании газообразных углеводородных топлив.

Далее

Запаздывание зажигания ведет к снижению выбросов несгоревших углеводородов за счет завершения сжигания при такте расширения и уменьшения времени между сгоранием и выхлопом, что вызывает повышение температуры при выхлопе. Это способствует дополнительному химическому окислению продуктов сгорания. Во всех случаях, за исключением очень большого опережения, замедление опережения зажигания вызывает заметное снижение выброса углеводородов. Вновь следует отметить связь между снижением выбросов и техническими характеристиками. Степень запаздывания зажигания должна тщательно регулироваться с тем, чтобы в одно и то же время свести к минимуму выбросы и вредное влияние на технические характеристики, экономичность и ездовые качества.

Далее

С целью снижения выбросов либо углеводородов и окиси углерода, либо окислов азота могут быть применены внешние каталитические реакторы. К сожалению, для снижения количеств НС и СО проходящий через катализатор газовый поток должен быть богат кислородом, в то время как для снижения N0 поток должен обладать восстановительными свойствами, т. е. должен быть обеднен кислородом. Поскольку невозможно выполнить оба этих условия одновременно, должны быть использованы два слоя катализатора. В одной из систем с двумя каталитическими камерами в двигатель подается смесь, настолько обогащенная топливом, что из двигателя выходит смесь с восстановительными свойствами и прямо попадает в первый слой катализатора. Окислы азота в присутствии катализатора разлагаются на кислород и азот. К сожалению, эти реакции восстановления протекают крайне медленно. Дополнительный воздух смешивается с газами, выходящими из первого реактора перед их попаданием во второй слой катализатора. Во втором реакторе каталитическое разложение углеводородов и СО протекает при достаточно низкой температуре (около 1000 К), что предотвращает образование дополнительных количеств окислов азота. Для защиты катализаторов от слишком высоких температур при больших нагрузках на двигатель и скоростях может оказаться необходим перепуск выхлопных газов. Сообщалось, что один из видов реакторов с двойным катализатором при использовании с двигателем У-8 1968 г. дал выбросы, содержащие 6,9 г/миля СО, 0,45 г/миля НС и 0,35 г/миля N0. Сравнение этих величин с данными табл. 10.2 указывает на то, что каталитические реакторы, по-видимому, могут служить средством достижения норм допустимого выброса для обычного двигателя с искровым зажиганием, предложенных в 1975 г. В настоящее время не полностью решенными являются вопросы срока службы катализатора и необходимого обслуживания.

Далее

Двигатель с послойной подачей бензинового топлива спроектирован для обеспечения точного контроля за сжиганием топлива, который невозможен в обычном двигателе. В двигателе, разрабатываемом компанией «Форд мотор» [10], при такте всасывания в цилиндр поступает лишь один воздух. Входные отверстия сконструированы таким образом, что они завихряют воздух, подаваемый через них в центр головки поршня, где имеется вогнутость, или углубление. Вблизи окончания такта сжатия в центр поршня навстречу завихренному потоку воздуха впрыскивается струя топлива. Воспламенение происходит с помощью свечи зажигания с электродами, выступающими в центр углубления на головке поршня, как показано на рис. 10.12. Таким образом пламя распространяется от центра к стенкам, обеспечивая сжигание смеси, которая теоретически окружена одним лишь воздухом. Высокая концентрация смеси топлива с воздухом в центре камеры сгорания позволяет эксплуатировать двигатель в целом на значительно более бедной смеси. Кроме того, система впрыска топлива обеспечивает более точный контроль соотношения воздуха и топлива, чем это возможно с помощью обычного карбюратора. Предварительные результаты показали, что при использовании рециркуляции 10—15%; выхлопных газов, двигатель фирмы «Форд» дал выбросы с содержанием 1,5 г/миля НС, 13,1 г/миля СО и 0,67 г/миля Ж) . Сообщалось также об экономии топлива, равной 21 мили на галлон [17].

Далее

В настоящее время четыре источника энергии с чрезвычайно низкими выбросами, по-видимому, являются перспективными для замены источников энергии в автомобиле. Они включают двигатели с внешним сгоранием — газовую турбину, двигатель Стирлинга и двигатель с циклом Ренкина, а также некоторые виды электродвигателя. К сожалению, лишь малое число полностью собранных автомобилей с этими двигателями было испытано в условиях эксплуатации потребителями с целью определения ездовых качеств, экономичности, требуемого ухода, срока службы и выбросов выхлопных газов.

Далее

В основном дизельном цикле при такте сжатия до высокого давления и температуры сжимается только один воздух. Перед достижением поршнем верхней мертвой точки в цилиндр впрыскивается топливо, и воспламенение происходит тогда, когда смесь паров топлива и воздуха достигает температуры самовоспламенения. Суммарное количество впрыскиваемого топлива определяется нагрузкой на двигатель и его скоростью. Соотношение топлива и воздуха в дизельном двигателе варьирует от 0,01 до 0,06, что соответствует соотношению количеств воздуха и топлива от 100:1 до 16:1. Таким образом, смесь в дизеле намного беднее, чем в бензиновом двигателе с искровым зажиганием. Дизельный двигатель работает на двухтактном или четырехтактном циклах и либо на естественном всасывании воздуха, либо с наддувом. Кроме того, эти двигатели подразделяются на двигатели прямого впрыска (ПВ), если топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр, я непрямого впрыска (НВ), если топливо впрыскивается в предкамеру или разделенную камеру сгорания.

Далее

Перепечатано с разрешения Общества автомобильных инженеров, 1968 и 1969 гг.Четвертый способ является, вероятно, наиболее широко используемым в настоящее время для подавления образования дыма. Это стало особенно оправданным после разработки используемых в настоящее время двигателей с большим давлением и соотношением топлива и воздуха, поскольку более высокое соотношение привело к росту выбросов дыма. Однако более высокое давление влечет за собой увеличение температуры в зоне горения, хотя при этом возрастает экономия топлива. Основным эффектом увеличения давления в камере является влияние на характер распыления топлива с помощью обыкновенных механических форсунок. Распыление происходит ближе к соплу форсунки, и меньшее количество распыляемого топлива проникает в глубь основной зоны вследствие возросшего сопротивления воздуха. Для того чтобы воспользоваться преимуществами применения более высокого давления и соотношения смеси (такими, как: экономия топлива), необходима другая система впрыска топлива.. Одним из подходов является использование пневматической форсунки. В ее простейшей форме жидкость стекает вдоль металлической пластины и капает или разбрызгивается на ее конце. В конце пластины вводится высокоскоростной воздушный поток, и этот поток воздуха с высокой энергией распыляет топливо в виде мельчайших капелек. Скорость воздуха может достигать 120 м/с.

Далее

Запах является, вероятно, одной из наиболее сложных проблем, связанных с загрязнением атмосферы. Вследствие несколько неопределенной природы запахов они отнесены Агентством по охране окружающей среды к классу загрязнений, не имеющих критериев. Вкус и запах являются химическими ощущениями, поскольку представляют собой, по-видимому, физиологические реакции, возникающие при контакте с некоторыми специфическими веществами. С помощью запаха отдельные индивидуумы способны обнаруживать очень низкие количества веществ — в области 1 млрд-1. Человеческий нос, к сожалению, является единственным чувствительным измерительным устройством, но печально известным своей ненадежностью. Более того, у людей возникают различные реакции на один и тот же запах. Неприятный для одного, он может быть приемлемым для другого, о чем можно судить по меняющейся реакции людей на различные духи, применяемые мужчинами и женщинами. Не только заметное разногласие в оценке отдельных запахов, но еще две проблемы затрудняют попытки контроля запаха. Во-первых, незнакомый запах обнаруживается легче и скорее вызывает жалобы, чем знакомый запах. Во-вторых, вследствие явления, известного как усталость обонятельного анализатора, человек при достаточно длительном контакте может привыкнуть почти к любому запаху и способен ощутить его только при изменении интенсивности.

Далее

Правая и левая обонятельные щели расположены приблизительно над пересечением носовых ходов и верхней части глотки. Обонятельная область желтого цвета, в то время как основная часть внутренней поверхности носовых полостей красноватая. Общая площадь поверхности каждой носовой полости взрослого человека около 6,5 см2. Длинные узкие обонятельные клетки расположены в обонятельной щели перпендикулярно к плоскости носовой полости. К каждой клетке прикреплено пять или шесть тонких нитей, проникающих через клеточные мембраны эпителия, выстилающего эту область. Принято считать, что эти так называемые реснички взаимодействуют с пахучими частицами и дают начало цепи событий, которую мы воспринимаем как запах. Эта область покрыта слизью. Когда толщина ее слоя увеличивается, например при насморке, функция ресничек падает и обоняние ухудшается. Обонятельный нерв передает «импульсы запаха» от обонятельной щели к обонятельной луковице в коре головного мозга. Полное описание обонятельного анализатора дано Монк-рифом [2].

Далее

Преобладала точка зрения, что запах зависит не от химического состава, а от физических различий функциональных групп. Эти физические различия отражаются в колебаниях молекул веществ. Для подтверждения этой точки зрения рассмотрим первые 92 элемента, исключив элементы, полученные человеком, и изотопы. Тридцать из них (водород, гелий, неон, кислород, азот, аргон, криптон, ксенон, радон, ртуть, сера, висмут, кадмий, цинк, теллур, сурьма, мышьяк, серебро, золото, медь, никель, кобальт, железо, палладий, углерод, платина, рутений, родий, иридий и осмий) встречаются в природе в свободном состоянии. При стандартной температуре и давлении ни один из них не имеет запаха. При нагревании до температуры испарения мышьяк приобретает чесночный запах, но другие элементы остаются без характерного запаха.

Далее

Как и при изучении химии пахучих веществ, большое число исследований было проведено для определения связей между физическими свойствами пахучих веществ и их запахом. В этой области был достигнут некоторый успех.

Далее

Интенсивность является численной или словесной характеристикой силы запаха. Постепенное увеличение интенсивности определяется легко, хотя у людей может развиться усталость обонятельного анализатора.Распространяемость, согласно Надеру [5], определяется иногда как коэффициент запахового потенциала или коэффициент порогового разбавления. По существу, эта мера способности запаха распространяться в большом объеме разбавляющего воздуха, не теряя обнаруживаемой интенсивности. Запах, например, меркаптанов или разложившихся белков имеет тенденцию к распространению во всех направлениях над населенным пунктом.

Далее

Разработка системы контроля запаха должна частично основываться на величинах порогов запаха. Если пахучее вещество не может быть полностью удалено из отходящих газов путем сжигания или другими методами, то необходимо рассеять загрязняющее вещество в атмосфере. Рассеяние должно быть достаточно эффективным, чтобы значения порога запаха не превышались на уровне земли в любой точке с подветренной от трубы стороны, где люди могут нормально жить и работать. Пример 11.1 иллюстрирует типичные расчеты рассеяния пахучего вещества.

Далее

Так как, согласно определению, порог запаха 0,21 млн-1 эквивалентен 1 ед. запаха/фут3, величина 0,28 ед. запаха не может быть обнаружена.

Далее

Общим подходом к контролю запаха является 1) снижение концентрации, так что запах становится менее интенсивным и, следовательно, менее неприятным; 2) изменение или маскировка пахучих свойств одоранта, так что запах становится более приятным и приемлемым для населения. При первом подходе контроль достигается путем уменьшения источника запаха, т. е. разбавлением запаха большими объемами воздуха, удалением запаха из газового потока за счет адсорбции, абсорбции или окисления, а также химическим превращением пахучего продукта в менее пахучий. При втором подходе усилия направлены на сокрытие первоначального запаха.

Далее

При относительно низкой скорости выброса пахнущего воздуха или газового потока для адсорбции запаха могут использоваться фильтры из активированного угля. Уголь можно использовать до появления вредного проскока, после чего он должен быть либо повторно активирован, либо заменен. Ниже дается пример использования уравнения, основанного на упрощенной адсорбционной модели, для определения максимального срока службы фильтра (см. также общую дискуссию в разд. 6.6).

Далее

Воздушные скрубберы или промывные аппараты могут использоваться, когда одорант 1) растворим в промывной жидкости, 2) конденсируется при температуре промывной жидкости, которой может быть вода, или 3) способен присоединяться к частицам в скруббере. Доступны многочисленные типы скрубберов с применением широкого набора жидкостей [11], выбор которых зависит от удаляемого одоранта. Простая вода или вода с добавками химических реагентов широко применяется вследствие низкой стоимости. Дополнительное обсуждение вопросов адсорбции содержится в разд. с 6.6 по 6.8.

Далее

Как уже отмечалось, сжигание непосредственно в пламени при температурах от 1100 до 1500 °F (850—1100 °С) эффективно удаляет запахи из газовых потоков. В большинстве случаев в качестве топлива выбирается природный газ, поскольку основными продуктами его сжигания являются СОг и водяные пары. Необходимо следить за полнотой сжигания, так как при неполном сжигании может наблюдаться усиление запаха, например, вследствие превращения спиртов в весьма пахучие карбоновые кислоты. В разд. 6.9 имеется дополнительное обсуждение метода окисления в пламени.

Далее

Неприятные запахи можно контролировать путем изменения их свойств при смешивании с более приятными запахами без ка-кого-либо химического изменения самих одорантов. Стоит лишь вспомнить о ряде доступных в настоящее время дезодорантов — духах, лосьонах, кремах и тому подобном, чтобы отметить широкое распространение таких веществ для изменения запахов тела.. Говорят, что древние римляне, египтяне и другие боролись с загрязнением воздуха, применяя большие количества духов в своих домах и местах отправления религиозных обрядов. Наблюдения показывают, что когда два пахучих вещества данных концентраций смешиваются в заданном соотношении, запах получающейся смеси может быть намного менее интенсивным, чем у отдельных компонентов. Это явление было названо видоизменением запаха. Имеется много веществ для видоизменения промышленных запахов. Несколько компаний оказывают консультативные услуги в этой области [13].

Далее

Определение количества каждого загрязняющего вещества в выбросах или в атмосфере требует особого внимания и использования чувствительной аппаратуры, поскольку в обоих случаях концентрация интересующего нас загрязняющего вещества низка. Ввиду того, что основные требования к правильному отбору проб и к типам применяемой аппаратуры близки, мы рассмотрим обе эти области измерений совместно. Следует отметить, однако, что в то время как концентрация определяемого вещества в атмосфере может составлять лишь несколько частей на миллион или миллиард, концентрация его в выбросах может быть на уровне нескольких процентов.

Далее

Точность определения компонентов в газовом потоке, по существу, определяется точностью отбора проб из этого потока. Для надежности результатов отобранная проба должна быть репрезентативной в отношении меняющейся концентрации компонента к действительного состава газового потока. Для репре зентативного отбора проб газа из больших труб или газовых каналов требуется отбор проб в различных точках их поперечного сечения.

Далее

Загрязняющие атмосферу вещества непрерывно измеряются приборами, которые можно назвать приборами первого поколения. Они являются модификацией приборов и методик, используемых в технологических процессах химической промышленности. Обычно они работают по следующему принципу: растворение определяемого газа в водной среде, реакция в этой среде с образованием окраски и измерение интенсивности этой окраски фотоэлектрическим методом. Такие анализаторы применяются для измерения концентраций БОг, N0, Ы02 и суммы оксидантов в атмосфере, содержания N0 в промышленных выбросах и СО в выхлопных газах автотранспорта. Эти приборы требуют тщательного ухода, и измерения с их помощью (подвержены помехам сопутствующих загрязняющих веществ в атмосфере.

Далее

В электрохимических ячейках измеряется ток, возникающий при электрохимической реакции отдельных загрязняющих атмосферу веществ на измерительном электроде. Измеряемый газ — БОг, МО или СО — диффундирует через полупроницаемую мембрану в ячейку. Скорость диффузии пропорциональна концентрации определяемого вещества. При использовании окислительного электролита в ячейке на измерительном электроде выделяются электроны за счет электрохимической реакции окисления. Образование электронов снижает потенциал на этом электроде по сравнению с противоположным. Это вызывает электрический ток, который усиливается с помощью соответствующего электронного устройства. Селективность ячейки определяется полупроницаемой мембраной, электролитом, материалом электрода и задерживающим потенциалом.

Далее

Излучение воспринимается фотоумножителем. Интенсивность излучения пропорциональна первоначальному количеству N0 в пробе газа.Озон при реакции на поверхности органического красителя нанесенного на силикагель, также дает хемилюминесценцию Образующееся излучение измеряется фотоумножителем; возникающий электрический ток связан с массой озона, проходящего над поверхностью в единицу времени.

Далее

Имеется ми эго модификаций масс-спектрометра, которые классифицируются в соответствии с суммарным углом отклонения от 60 до 360°. Выпускаются различные устройства для получения ионов и их детектирования.

Далее