Тақырып. Ауа бассейнін қорғау жүйелері

8.Тақырып. Ауа бассейнін қорғау жүйелері

Табиғат – бұл өзара теңгеріліп тұратын көптеген байланыстардың біртұтас жүйесі, бұл байланыстардың бірінң бұзылуы табиғаттағы заттар мен энергия айналымын теңгеудің бұзылуына әкеліп соғады.

Энергетика және өнеркәсіптің дамуы табиғаттағы қалыптасқан айналымдардың орасан өзгерістерге ұшырауына әкеліп соғуда. Қазіргі заманда, адам әрекеті түрлі табиғи ресурстарды пайдалумен тығыз тбайланысты, сондықтан да қоршаған ортаны қорғау – адам үшін маңызды мәселенің бірі. Бұл мәселенің маңыздылығы Жер бетіндегі адам санының, мысалы ХХ ғасырда 1,5-нан 5,5 млдр. дейін артуына, сонымен қатар, табиғат ресурстарын өндіру мен өңдеудің артуына байланысты. Мысалы, қазіргі уақытта әлемдік энергетика қуаты әрбір он екі жылда, ал өнеркәсіптік өндіріс көлемі әрбір он бес жылда екі есе өсуде. Жер қойнауынан жыл сайын 100 млрд. астам пайдалы қазбалар алынып, егістіктерге 500 млн. тоннадан астам минералдық тыңайтқыштар және 3 млн.тоннадан астам түрлі улы химикаттар себіледі, өзен суларының 13 %-ы қолданылып, су қоймаларына 700 млрд. м³ өндірістік және тұрмыстық лас сулар құйылады, атмосфераға 250 млн. тонна шаң, 200 млн. тонна СО, 100 млн. тонна SO₂, 65 млн. тонна NO_x, 50 млн. тоннадан астам көміртегі және 15 млрд. тонна СО₂ шығарылады екен. Зиянды заттардың қоршаған ортаға әсерін екі аспектіде қарастыруға болады: глобальді - яғни, біртұтас биосфераға зиянды әсерін тигізетін және локальді – биосфераның жергілікті аумақтарына зиянды әсерін тигізетін. Тарихта табиғатқа антропогенді әсерін тигізетін глобальді катострофалар болмағанымен, локальді катострофалар болды. Табиғатқа антропогенді әсерлердің артуы көптеген экологиялық проблемаларды туғызуда. Әсіресе, олардың арасында айта кететін мәселе, атмосфера мен гидросфераның күйі.

 Ауа бассейнін қорғау жүйесі

Атмосфераны ластау көздері: көлік (70 %), ЖЭС және қазандықтар (17 %), өнеркәсіптік мекемелер (12 %) және т.б. (1 %).

Атмосфера дегенімі – планетамен бірге айналатын, қалыңдығы 1000 км болатын планетаның газ қабығы. Атмосфераның салмағы 5,2*10¹⁵ тоннаны құрайды. Атмосфера шартты түрде физико-метеорологиялық қасиеттері әр түрлі бірнеше зоналарға. Атмосфераның негізгі зоналары арасында «пауза» деп аталатын өтпелі зоналар- тропопауза, стратопауза және мезопауза орналасады.

Біздің тіршілік әрекетіміз төменгі тропосфераға байланысты.

Тропосфера – атмосфераның негізгі қабаты, мұнда жалпы атмосфера ауасының 75 %-ы жинақталған, турбуленнтік пен конвекция өте дамыған, су буының негізгі бөлігі бұлтқа айналады, циклондар мен антициклондар туындайды. Тропосфера аумағындағы ауа құрамы өзгермейді, оның құрамы: N₂=78,09 %; O₂ = 20,95 %; Ar=0,93 %; CO₂=0,03 %, сонымен қатар, мардымсыз мөлшерде неон, гелий, криптон, ксенон, сутегі, озон және су буы бар.Тропосферадағы ауа температурасы шамамен теңіз бетінен +15 ⁰С-дан стратосфераға шектесуінде -57⁰С-ға дейін, яғни 6,5 ⁰С/км өзгереді. Жер мен атмосфера – сыртқы энергия көзі – Күн бар, күрделі динамикалық жүйе. Бұл динамикалық жүйеге Күн әсерінің сипаты бойынша атмосфераны екіге бөлуге болады: «жоғарғы» және «төменгі» аймақ. Жоғарғы тропосферадан жоғары орналасқан аймақта күн радиациясы әсерінен фотонизация, фотодиссоциация, терістік құбылу және т.б. процестер болып жатады. Төменгі тропосфераға сәйкес келетін аймақта күн әсерінен жер беті қызып, нәтижесінде атмосферада конвективті ағындар мен ауа турбуленттігін туғызатын температура, қысым градиенттері орын алады.

Технологиялық (жалпы көлемнің 90 %) және желдету (жалпы көлемнің 10 %) жүйелерінің шығарыстарымен түсетін зиянды заттар қоршаған ортаны ластауда, оның ішінде ауа бассейнін және флора мен фаунаға, сондай-ақ, адамның өмір сүру ортасына (ғимараттар, құрылымдар және т.б.) зиянын тигізуде.

Қазіргі уақытта зиянды шығарыстардың жұмыс аймағындағы шекті рұқсат етілген концентрациясы ПДК_РЗ, сыртқы ауадағы шекті рұқсат етілген концентрациясы ПДК_Н, бұл орайда шекті рұқсат етілген бір реттік максималды концентрациясы ПДК_МР және орташа тәуліктік шекті концентрация ПДК_СС деген ұғымдар қалыптасқан.

Кейбір зиянды заттардың бұл шекті мөлшерлері төмендегі 2-кестеде берілген.

2-кесте

ПДК түрі	NO2	SO2	CO	Усыз шаң	Күйе	V2O5	Бенз(а)пирен
ПДКРЗ	2,0			4,0	-	-	-
ПДКМР	0,085	0,5	5,0	0,5	0,15	-	-
ПДКСС	0,04	0,05	3,0	0,15	0,05	0,002	0,000001

2-кестеден ПДК_РЗ мәндері ПДК_Н мәндерінен едәуір артық екенін көруге болады, себебі, ПДК_РЗ 8 сағаттық жұмыс жасайтын денсаулығы жақсы адамдар үшін тағайындалған, ал сыртқы ауада науқас, егде және жас балалар да дем алады.

Нормативтік құжаттар бойынша, қоршаған ортаны ластаушы кез-келген заттың жер бетіндегі концентрациясының максимал мәні С_Мі (мг/м³) сол заттың шекті рұқсат етілген мөлшерінен ПДК_н артық болмауы керек.

С_Мі ≤ ПДК_н 

 Бірақ көптеген заттардың зиянды әсері бір бағытты: NO₂ + SO₂; SO₂ + V₂O₅; NO + NO₂ + SO₂ + V₂O₅ және т.б. Мұндай заттар үшін мына шарт орындалуы тиіс:

Егер жер бетіндегі ауа қабатында зиянды заттардың фондық концентрациясы С_Фі (мг/м³) деп аталатын мөлшері бар болатын болса, онда мына шарт орындалуы керек:

С_Мі + С_Фі ≤ ПДК_н 

ПДК ауа сапасының көрсеткіші болғанымен, оның бірнеше кемшіліктері бар:

1) ПДК мәніне тек зиянды зат шығарысын азайту арқылы ғана қол жеткізбейді, оған шығарыс лақтыру көзін биіктету арқылы да қол жеткізуге болады;

2) ПДК мәні зиянды заттардың адамға, флора мен фаунаға тек тікелей әсерін қарастырады да, жанама әсерлерін қарастырмайды;

3) ПДК мәні жұмыс жасап жатқан мекемелер проблемасын шешпейді, өйткені олардың шығарысы ПДК мәнінен асып кетеді, яғни С_Фі ≥ ПДК_н.

Сондықтан, ауа сапасын жақсарту мәселелерінде шекті рұқсат етілген зиянды зат шығарысы көрсеткішін пайдаланған жөн.

Атмосфера мен жер бетіндегі ауа қабатын жылжымалы және тұрақты зиянды зат көздері бірдей ластайды. Жылжымалы зиянды зат көзіне механикалық көліктің барлық түрі жатады. Қалған зияндя зат көздері тұрақты болып есептеледі. Тұрақты зиянды зат көздері нүктелік (жеккелеген мұржалардан, шығарыс жалыны ұзындығынан бірнеше есе кіші диаметрлі құбырдан), сызықтық (аэрациялық фонарлар немесе қаз-қатар орналасқан бірнеше мұржалардан) және аудандақ (бірнеше бір типтес көздерден) болып бөлінеді.

Зиянды заттар температурасына байланысты технологиялық (ыстық) және желдету шығарылыс болып бөлінеді. Шығарыстардың технологиялық және желдету болып бөлінуі мына өрнек арқылы анықталады:

мұндағы, w₀ – шығарыс көзінен газ қоспасының шығу жылдамдығы, м/с; Н – шығарыс көзінің жер бетінен орналасу биіктігі, м; ΔТ – шығарылатын газ қоспасы температурасы мен атмосфера ауасының температура айырмасы, ⁰С; D_Э – шығарыс көзінің тиімді диаметрі, м.

Егер f<100 (ΔT>0) болса, онда шығарычс технологиялық, ал f ≥100 (ΔT≈0) болса, онда шығарыс желдетулік болғаны.

Егер шығарыс көзінен шыққан зиянды зат, желдің айналу аумағын ластайтын болса, мұндай шығарыс көзі биік болып есептеледі. Басқадай жағдайда – төмен. Егер, шығарыс көзі айналу аумағының ішінде орналасса және одан шаққан зиянды зат толығымен айналу аумағына келіп түсетін болса, онда мұндай шығарыс көзі ішкі төмен шығарыс көзі болып табылады. Егер шығарыстар айналу аумағын жартылай ластайтын болса, онда ол сыртқы төмен шығарыс көзі болғаны. Атмосфераны қорғаудың инженерлік әдістері белсенді және бәсең болып екіге бөлінеді. Қоршаған ортаны қорғаудың бәсең әдістеріне зиянды шығарыс мөлшерін азайта алмайтын, тек оның атмосферада тиімді таралуын қарастыратын әдістер жатады. Атмосфераны қорғауда кеңінен таралған бәсең әдістердің бірқатары: зиянды шығарыс көзінің биіктігін арттыру; газ қоспасының шығу жылдамдығын арттыру; газ қоспасының температурасын арттыру және т.б.

 

Атмосфераны қорғаудың белсенді әдістеріне – зиянды зат шығарысының мөлшерін төмендететін, аз қалдықты технологиялар, шығарыстарды қатты және газ тәрізді қоспалардан тазартатын әдістер жатады. Олардың ішінде тиімді болып саналатыны – экономикалық таза немесе аз қалдықты түрлі өндірістік циклдер. Қазіргі уақытта өндірістік және коммуналдық мекемелердің зиянды заттар шығаруымен күресу жолы тазарту қондырғыларын пайдалану.

Шаң ұстағыштар ретінде ең көп тараған қондырғы - циклондар. Оның жұмыс істеу принципі - газ ағынының айналып қозғалыс туғызуына негізделген, ол газды арнайы тангенциалды айналдырып беру немесе арнайы айналдыру қондырғалары арқылы беру нәтижесінде туындайды.

Айналып қозғалатын газ ағынындағы қатты бөлшектер, ортадан тепкіш күш әсерінен циклонның қабырғасына соқтығып, жылдамдығын жоғалтады да, ауырлық күші әсерінен циклонның төменгі конустық бөлігіне түседі, ол жерден шаң бункеріне әкетіледі.

Желдету және технолгоиялық шығарыстарды тазарту әдістері ондағы газ құрамының түріне, физикалық және химиялық қасиеттеріне байланысты анықталады. Мысалы, газ тәрізді шығарыстарды күкірт тотығынан тазарту үшін, ізбестік, аммиак және басқа да «дымқыл» тазартулар немесе «құрғақ» тазартудың абсорбциялық және адсорбциялық әдістері қолданылады.

Тазарту барысында, газдар абсорберге беріледі, онда олар CaCO₃ ізбес ерітіндісімен және Ca(OH)₂ ізбес сүтімен шайылады. Тазартылатын газдар мен жұтқыш реагенттердің қарама-қарсы қозғалысы салдарынан SO₂ газының абсорбциясы, яғни кальций сульфитін түзе отырып жұтылады:

CaCO₃+ SO₂ = CaSO₃ + CO₂;

Ca(OH)₂ + SO₂ = CaSO₃+ H₂O.

Алынған кальций сульфаты СаСО₃ суспензиясын арнайы тотықтырғыш-реакторда ауамен үрлеу нәтижесінде CaSO₄ гипсі алынады.

Газ тәрізді заттарды азот тотығынан тазарту үшін азот тотығының түзілу қарқындылығын төмендететін түрлі «режимдік» және радикалды әдістер - азот тоығын аммиакпен каталитикалы тұрақтандырудың селективті әдісі және т.б. қолданылады. Тазартуға температурасы 300÷420 ⁰С технолгиялық шығарыстар жіберіледі. Каталитикалы тазарту барысында NO тотығы аммиакпен молекулярлық азот түзе отырып тұрақтанады:

6NO + 4NH₃ = 5N₂ + 6H₂O;

4NO + 4 NH₃ + O₂ = 4N₂ + 6H₂O.

Қоршаған ауа ортасын желдету және технологиялық шығарыстардың зиянды заттарынан тазартудың тиімді жолы – атмосфераны қорғаудың белсенді және бәсең әдістерін бірге қолдану. Сонымен қатар, қоршаған ауа ортасының сапасын жақсартуда қалалар мен елді мекемелерді сәулеттік-жоспарлаудың тиімді шешімдерін территорияның аэрациялану жолдарын біле отырып жасаған жөн.

1. Атмосфераның құрылымы мен құрамы.

2. Зиянды заттардың шекті рұқсат етілген концентрациясы мен шекті рұқсат етілген шығарыстары.

3. Атмосфераны ластайтын зиянды заттар көзінің жіктелуі.

4. Атмосфераны қорғаудың белсенді және бәсең әдістері.