Загрязнение атмосферы фосфоросодержащими соединениями

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Жизнь начинается с дыхания и заканчивается с его прекращением. Человек может отказаться от приёма недоброкачественной пищи, не пить загрязнённую воду, но не дышать он не может. Стремительный рост численности человечества и его научно-технической вооружённости в корне изменили ситуацию на Земле. Современная цивилизация осуществляет невиданное воздействие на природу. Загрязнение природной среды промышленными выбросами оказывает вредное воздействие на людей, животных, растения, почву, здания, сооружения, снижает прозрачность атмосферы, повышает влажность воздуха, увеличивает число дней с туманами и т. д.

В наше время во всём мире атмосферный воздух загрязняется вредными веществами. К сожалению, человек сам создаёт себе то, что его убивает. Например, автомобиль, его выхлопные газы содержат свинец и другие, вредные для здоровья человека вещества. В больших количествах эти вещества осаждаются на землю возле автострад и шоссе. Нельзя собирать грибы, полезные травы, ягоды менее чем в ста метрах от дороги, так как все растения впитывают в себя ядовитые вещества.

В городах воздух очень сильно загрязняют вредные выбросы промышленных предприятий. Существуют нормы ПДК, так называемые, предельно допустимые концентрации веществ в воздухе. За этим должны следить специальные органы, например, лаборатория загрязнения окружающей среды, и принимать какие-либо меры: от штрафа до закрытия предприятия. При этом полностью человек не осознает всю опасность, поэтому, своей курсовой работой я хочу рассказать о проблемах загрязнения воздуха и методах борьбы с этим загрязнением.

Актуальность темы: В настоящее время актуальны проблемы экологии, связанные с взаимодействием фосфорного предприятия с окружающей средой, с распространением растворимых соединений фосфора, образованием значительного количества отходов и вредных выбросов.

Деградация окружающей среды особенно проявляется в местах концентрации промышленных предприятий, а сами промышленные регионы превращаются в очаговые зоны глубоких изменений в литосфере и биосфере. Как отмечено, в пятикилометровой зоне влияния предприятий, выпускающих фосфор и фосфорные удобрения, концентрация фтора достигает иногда 100 - 200 мг/м³. Под воздействием таких выбросов снижается фотосинтез, наблюдается угнетение растительности и др. По качественному составу и вредности выбросов предприятия фосфорного производства относятся к промышленным производствам, имеющим выбросы в атмосферу газов или аспирационного воздуха, содержащие канцерогенные и ядовитые вещества.

Цель: рассмотреть влияния предприятий по производству фосфора на атмосферный воздух на территории Казахстана.

Задачи:

· Рассмотреть последствия, загрязнения атмосферы фосфоросодержащими соединениями.

· Рассмотреть фактор вредоносности предприятий производящих фосфор, на окружающую среду в общем.

· Рассмотреть фактор влияния фосфоросодержащих соединений на живые организмы.

Объект исследования: Предприятия по производству фосфора, и частичное рассмотрение технологий данных предприятий.

Предмет исследования: Влияние предприятий по производству фосфора на атмосферный воздух.

Научная новизна: заключается в установлении влияния предприятий по производству фосфора на атмосферный воздух.

Практическая значимость: результаты данной курсовой работы могут быть использованы в научно - исследовательской деятельности студентов, а так же при написании научных работ.

Объем и структура работы: данная работа представлена на страницах, состоит из трех глав, содержит три рисунка, включает содержание, введение, заключение, список использованной литературы.



1. Правила безопасности для производства фосфора на территории Республики Казахстан

1.1 Общие положения

фосфор безопасность фосфоросодержащий загрязнение

1. Настоящие Требования устанавливают технические нормы, определяющие промышленную безопасность при производстве неорганических соединений:

1) желтого фосфора;

2) пятисернистого фосфора;

3) фосфида цинка;

4) термической фосфорной кислоты;

5) других неорганических соединений фосфора, при получении которых в качестве одного из компонентов сырья применяется элементарный фосфор.

2. Производство фосфора и его неорганических соединений осуществляется при наличии:

1) проектной документации на строительство, расширение, реконструкцию, техническое перевооружение, консервацию и ликвидацию опасного производственного объекта;

2) паспорта на резервуары, технологическое оборудование, трубопроводы, арматуру, предохранительные устройства, приборы систем контроля и управления, здания и сооружения.

3. Внесение изменений в технологическую схему, аппаратурное оформление, систему управления, контроля связи, освещения и противоаварийной автоматической защиты осуществляется после внесения изменений в проектную и техническую документацию, согласованную с разработчиком проекта или с аттестованной организацией в области промышленной безопасности.

4. При проектировании новых или при реконструкции действующих производств:

1) осуществляется оценка взрывоопасности технологических блоков;

2) определяются радиусы зон по уровням опасности возможных разрушений и травмирования персонала;

3) обосновывается эффективность и надежность мер и средств защиты, их способность обеспечивать взрывобезопасность конкретного блока и технологического процесса в целом, в соответствии с нормами и технической документацией;

4) устанавливаются категории помещений, зданий и наружных установок по взрыво- и пожарной опасности;

5) устанавливается необходимость и вид системы защиты автоматическими установками тушения и обнаружения пожара, в соответствии с нормами пожарной безопасности;

6) определяются требования к электробезопасности, осуществляется выбор электрооборудования и электротехнических устройств по уровню и видам взрывобезопасности, соответствующих категориям и группам, обращающихся в производстве веществ.

5. Для опасных производственных объектов по производству фосфора и его неорганических соединений, разрабатываются:

1) положение о производственном контроле;

2) план ликвидации аварий (далее - ПЛА);

3) технологические регламенты.

6. На рабочих местах операторов вывешивается технологическая схема производства с обозначением трубопроводов, межблочной и внутриблочной арматуры и функциональными схемами контрольно-измерительных приборов и автоматики (далее - КИПиА). Нумерация оборудования в технологической схеме цеха, в проекте и регламенте принимается единой и наносится на оборудование [12].



1.2 Территории организации

1. Планировка и застройка территории, размещение коммуникаций должны соответствовать требованиям строительных норм и правил и Общим правилам взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств.

2. Территория промышленной площадки должна быть обнесена ограждением в соответствии с проектом.

3. Территория организации должна содержаться в чистоте. Проезды и проходы должны иметь жесткое покрытие и быть свободными для движения. Дороги, проезды и пешеходные дорожки необходимо своевременно ремонтировать. В летнее время их необходимо поливать водой, в зимнее время очищать от снега, в случае обледенения посыпать песком. В ночное время проезды и проходы должны быть освещены.

4. Находящиеся на производственной территории люки, ямы и колодцы должны быть закрыты. Раскрытые на время ремонта траншеи, каналы, котлованы следует закрывать или устраивать через них прочные переходы с ограждениями.

Временно открытые люки, колодцы, ямы должны быть ограждены, а в ночное время освещены.

5. Места для отвалов и неиспользуемых отходов производства, вынесенные за пределы территории организации, должны быть ограждены и охраняться.

6. Порядок обслуживания мест отвалов определяется в проекте и технической документации.

7. Электрообеспечение,устройство,монтаж,обслуживаниеэлектроустановок, в том числе подземных кабельных линий, должно соответствовать требованиям нормативно-технических документов.

8. Дороги, проезды и территорию между зданиями и сооружениями не следует использовать для складирования изделий и материалов, а также загромождать сырьем, оборудованием и строительными материалами. Хранение сырья, материалов, изделий и оборудования осуществляется только на специально отведенных для этой цели площадках [12].

1.3 Технологические требования

1. Периодичность контроля содержания взрывоопасных и ядовитых газов, паров и пыли в производственных помещениях устанавливается в проектной документации.

2. Рабочие места должны располагаться вне линий движения грузов, перемещаемых подъемно- транспортными механизмами.

3. В местах прохода людей и проезда транспорта под подвесными конвейерами и транспортерами необходимо предусматривать ограждения на высоте не менее 2,2м.

4. Межцеховой и внутрицеховой транспорт сыпучих и пылящих материалов должен быть оборудован устройствами для отсоса пыли у мест загрузки и выгрузки сырья.

5. Транспортировку фосфора на склады из цехов, производящих фосфор, а также из складов в цехи, потребляющие фосфор и расположенные на той же территории, необходимо производить по обогреваемым трубопроводам или в обогреваемых монжусах.

6. Все участки, где установлены агрегаты, при работе которых возможны выделения пыли (дробилки, просеивающие агрегаты, затарочные и транспортирующие устройства и т.п.), должны быть максимально герметизированы, а в случае невозможности полной герметизации должны быть снабжены легкосъемными укрытиями с местными отсосами для исключения попадания пыли в атмосферу.

7. Поверхности аппаратов, находящиеся в помещении и имеющие температуру 45 °С и выше, должны быть теплоизолированы несгораемыми материалами. Если по условиям технологического режима не допускается применение теплоизоляции, должно быть предусмотрено ограждение нагретых поверхностей. При расположении оборудования с нагретыми поверхностями в местах, исключающих возможность прикосновения обслуживающего персонала, ограждения допускается не устанавливать.

8. Производственное оборудование, при работе которого создается шум выше допустимых норм, должно оснащаться противошумными конструкциями или необходимо принятие иных мер защиты персонала.

9. На случай прорыва кислоты и кислой воды через сальники центробежных насосов под сальниками должны быть установлены поддоны или лотки с отводами, выполненные из коррозионностойких материалов.

Сбор загрязненных стоков осуществляется в приемные сборники (зумпфы).

10. Фосфор и фосфорный шлам в аппаратах должны постоянно находиться под слоем воды высотой не менее 300 мм.

11. Температура фосфора и фосфорного шлама при хранении и перекачке не должна быть более 80 °С. Паропроводы, подводящие острый пар для разогрева фосфора и поддержания его в расплавленном состоянии, должны быть оснащены приборами контроля давления пара, а также снабжены устройствами ("воздушками") для предотвращения образования вакуума и попадания фосфора в паропровод.

12. Производственные емкости с фосфором должны устанавливаться в поддоне с усиленной гидроизоляцией. Боковые стенки поддона должны быть рассчитаны на гидростатическое давление пролитого фосфора. Вместимость поддона должна быть рассчитана на прием возможных проливов хранимого фосфора в объеме не менее вместимости одного наибольшего резервуара и слоя воды не менее 200 мм.

Поддон должен быть выполнен с уклоном в сторону приямка для сбора возможных проливов фосфора и воды.

13. Все емкости, содержащие фосфор, должны иметь подвод инертного газа.

14. Использование печного газа (после конденсации из него фосфора) должно производиться в соответствии с инструкцией, утвержденной техническим руководителем организации [12].



2. Технологии, используемые в переработке и получении фосфора

2.1 Электротермическая переработка фосфора

Известно, что электротермическое производство элементного фосфора характеризуется образованием значительного количества газообразных вредных веществ в атмосфере и неорганизованных газовыделений, составляющих 20 - 25 % от их общего количества. Источники неорганизованных выбросов очень разнообразны: хранилища фосфора, открытые склады сырья, шламонакопители, отвалы и т.п. Загрязняющие компоненты те же, что и в выбросах, предусмотренных технологией. Значительно образование вредных твердых и жидких отходов и промежуточных продуктов, занимающих промышленные площадки и т.д. Технологические условия получения термической фосфорной кислоты также характеризуется выделением вредных испарений, сточных вод, пастообразных и твердых отходов. Все это служит источником техногенного загрязнения окружающей среды.

Практика работы электротермических печей показала, что переработка фосфоритового сырья на элементарный фосфор характеризуется значительным количеством побочных продуктов и отходов: фосфатного шлака, фосфорного шлама, коттрельного молока и др. Это объясняется не только неоднородностью исходного сырья со сложным вещественным составом, но и отсутствием совершенных способов предварительной подготовки сырья для электротермической возгонки фосфора. Переработка фосфоритового сырья на желтый фосфор сопровождается образованием на 1 т фосфора 25 - 27 кг его соединений, 10 - 12 т шлака, до 170 кг фосфорного шлама и др. Работа предприятий фосфорной промышленности на неподготовленном сырье при малоэффективной работе электрофильтров приводит к высокому выходу шламов. Это обусловливает значительные потери, снижение коэффициента использования сырья. Кроме того, существующая технология электротермического производства фосфора применима к переработке только кусковых фосфоритов, при предварительной подготовке которых (дробление, измельчение, грохочение, транспортировка и др.) потери составляют более 40 %. Мелкие фракции накапливаются в отвалах. Выход этих фракций составляет 35 - 44 % от добытой руды, на отдельных участках 46 - 48 %. С уменьшением нижнего предела размеров кусков руды до 15 мм выход фосфатной мелочи возрастает.

В основе приведенных неблагоприятных с экологической точки зрения причин техногенного загрязнения окружающей среды находятся недостатки исходного сырья, технологических процессов.

Одной из главных причин образования вредных отходов является низкое качество исходного сырья - фосфоритов бассейна Каратау. Известно, что нестабильные по химическому и минералогическому составу, склонные к обеднению по фосфору, содержащие значительное количество балластных пород фосфориты относятся к труднообогатимому сырью. В настоящее время не имеется реализованных на производстве способов обогащения фосфоритов. Это обусловлено природой их генезиса: слоистое строение фосфоритоносных пачек многочисленных месторождений бассейна, тонкое перемежающееся залегание с чередованием обогащенного по фосфату слоя с пустой и цементирующей породой и кварцем, тесное прорастание минералов породы в фосфатном веществе. Все это не позволяет наиболее полно отделить полезную часть руды от балласта. Такое сырье требует предварительной глубокой термообработки.

Присутствие слюдистых минералов, заметное количество низкотемпературного кварца резко снижает термическую и динамическую прочность кусковых фосфоритов. Это приводит к тому, что уже при добыче и транспортировке руды образуется значительное количество отходов в виде фосфатной мелочи (~ 48 %), которая не находит полной утилизации, складируется на территориях заводов и является источником запыленности, загрязнения промплощадок и природных стоков.

Существующие способы не обеспечивают качественную подготовку кусковых фосфоритов, так как имеют значительные недостатки: низкие технологические показатели (шахтно-щелевые и барабанные печи для термообработки сырья фосфорного производства работают в режиме сушки), значительное пыление, недопустимые производственные шумы, громоздкость и др.

Использование неподготовленного сырья в электротермии приводит к образованию твердых, жидких и газообразных отходов, существенно снижая технологические показатели и ухудшая экологическую обстановку не только на территории предприятия, но и в значительном радиусе вокруг него, отрицательно и необратимо воздействуя на состояние почв, сельскохозяйственных угодий, атмосферы, гидросферы, биосферы. Полученный из неподготовленного сырья элементный фосфор (~ 40%) переходит в шлам, который отличается токсичностью, склонностью к самовозгоранию с образованием тумана фосфорной кислоты и сильно отравляет атмосферный воздух.

В фосфорном производстве образуется значительное количество сточных вод. Компоненты, входящие в их состав (фосфорная кислота, мышьяк, фтор, тяжелые металлы), очень токсичны, обладают высокой реакционной способностью, отрицательно воздействую на биосферу, почву, гидросферу и др., поэтому проблемы обезвреживания, утилизации и нейтрализации сточных вод актуальны [2].

2.2 Перспективные, малоотходные технологии в производстве фосфора

Одним из побочных продуктов фосфорного производства является некондиционный феррофосфор, который содержит значительное количество фосфора и может служить ценным сырьем для получения фосфорных солей.

Газообразные выбросы фосфорного производства содержат такие вредные компоненты, как фосфин, фосфор, пентаоксид фосфора, фтор и его соединения, мышьяк, серу и ее соединения. Известно, что существующие способы газоочистки на фосфорных предприятиях не обеспечивают снижение вредных выбросов ниже предельно допустимой концентрации. Улавливание и утилизация газообразных отходов - важнейшая проблема в производстве фосфора.

Перспективна предварительная термохимическая подготовка фосфоритов окатыванием с последующим обжигом. В настоящее время строится первая очередь фабрики окатышей фосфоритов на Каратауском химическом заводе. По проекту обжиг будет проводиться на конвейерной машине ОКМ-520. Эта обжиговая машина характеризуется значительными габаритами, наличием открытых участков и громоздкой системой пылеулавливания. Газовые выбросы после обжига окатышей также содержат значительное количество фосфина, фтора и его соединений, мышьяк, серу и др. Проблема улавливания и утилизации газовых выбросов после обжига окатышей требует безотлагательного решения. Это возможно в результате разработки новых технологий с получением фтор-, серосодержащих соединений, а также направленных на обезвреживание соединений мышьяка, фтора, фосфора.

В настоящее время отсутствуют систематизированные статистические данные по вредным отходам и выбросам электротермического и других производств фосфорной промышленности. Однако электротермический процесс, протекающий на неподготовленном сырье, занимает наибольшую часть материального потока фосфорной подотрасли, и ему принадлежит основная доля "вклада" (до 90 %) в техногенное загрязнение ноосферы.

Эффективное решение экологических проблем фосфорного производства заключается в выявлении причин загрязнения среды, их анализе, создании новых безотходных технологий и аппаратов, отвечающих требованиям экологии.

В целях улучшения термообработки и термохимической подготовки сырья специалистами разработана шахтная печь с газораспределительными решетками. Существенным преимуществом термообработки сырья в условиях газодинамики подвижного слоя оказалась возможность проведения процесса в благоприятных санитарных условиях без вредных выбросов и отходов.

В процессе опытных испытаний по сушке кокса в шахтной печи с наклонной решеткой замеряли запыленность отходящих газов в газоходе до системы пылеочистки. Полученные значения (121 мг/м³) гораздо ниже предельно допустимых санитарных концентраций (ПДК 500 мг/м³), в то время как запыленность отходящих газов из сушильных барабанов даже после двухступенчатой очистки достаточно высока (в среднем 17 000 мг/м³). Таким образом, сушка сырья в шахтной печи с наклонной решеткой - экологизированный процесс и отвечает требованиям охраны окружающей среды.

При проведении опытных испытаний безотходной технологии получения фосфорных солей из феррофосфора установлено, что газовая фаза согласно стехиометрии, приведенной в уравнениях, описывающих химизм окисления феррофосфора в процесс обжига, содержит диоксид углерода (IV):

2Fe₂P + 5,25O₂>Fe₃O₄ + 0,5 Fe₂O₃ + P₂O₅

Fe₃O₄ + 0,25O₂ > 1,5Fe₂O₃

В условиях промышленной переработки феррофосфора не исключено протекание побочных реакций с образованием газообразных соединений. Из термодинамических предпосылок возможно образование оксида углерода, элементного фосфора, фосфина. При гранулировании шихты феррофосфора с содой использовали в качестве связующего сульфит-спиртовойконцентрат БТ, поэтому не исключено присутствие в газовой фазе сернистых соединений. Изучение состава отходящих газов после окислительного обжига феррофосфора с содой проведено методом отбора проб.

2.3 Вторичная переработка шламов

Шлам можно применять в качестве активатора твердения и наполнителя цементных композиций (согласно экспериментальным данным, в количестве 10 и 20 % соответственно). Высокая дисперсность и присутствие неорганических солей обусловливают активацию процессов гидратации цемента. Частицы шлама играют роль наполнителя и активного компонента системы, оказывающего существенное влияние на формирование центров кристаллизации.

Перспективно использование шлама при получении алюмосиликатного носителя для серебряного катализатора окисления метанола в формальдегид. Полученный катализатор имеет большую насыпную плотность, высокую механическую прочность, хорошие эксплуатационные характеристики.

Шлам можно применить для очистки поверхности меди в технологии печатных плат вместо пемзы, запасы которой в Украине отсутствуют. Предложен метод очистки с использованием суспензии шлама, который позволяет модифицировать структуру медной поверхности, не разрушая ее, и значительно улучшить смачиваемость. Эффект очистки достигается путем разрушения малодеформируемого оксида меди под ударным воздействием суспензии. Благодаря абсорбционным свойствам шлама с поверхности заготовок легко удаляются жиры, масла и другие загрязняющие вещества.

Материалоемким и высокопроизводительным способом утилизации отходов фосфорной промышленности является использование их для получения дорожно-строительных материалов, в том числе асфальтобетона (в результате исследования получено, что использование отходов химической промышленности как фосфорного шлака и фосфогипса в составе асфальтобетона удовлетворяет саниторно-гигиенические требования, т.е не загрязняет окружающую среду). Это соответственно будет способствовать большому объему утилизирования отходов фосфорной промышленности.

Удаление токсичных веществ из состава исходного сырья невозможно или очень сложно, а запасы достаточно чистого природного сырья весьма ограничены. В связи, с чем получение экологически безопасных строительных материалов из промышленных отходов является перспективным направлением для расширения сырьевой базы промышленности строительных материалов, развития производства, снижения стоимости продукции строительного назначения, предотвращения образования новых отвалов и уменьшения потребности в оборудовании новых полигонов [15].

2.4 Пылеулавливатели фосфорной промышленности

Пылеулавливающие аппараты подразделяются на сухие механические, фильтрующие, электрические (электрофильтры) и мокрые.

В основе работы сухих механических пылеулавливателей лежат гравитационный, инерционный и центробежный механизмы осаждения. Сухие пылеуловители отличаются простотой изготовления и достаточно широко (особенно циклоны) используются в промышленности. Однако при улавливании мелкодисперсных пылей, а так же при высокой входной запылённости газов эффективность улавливания пыли в этих аппаратах недостаточна. В таких случаях эти аппараты играют роль первой ступени очистки газов или аспирационного воздуха.

Самостоятельную группу аппаратов сухой очистки составляют фильтрующие пылеулавливающие аппараты - фильтры. Фильтры принято делить на три класса: волокнистые, тканевые и зернистые.

К волокнистым, относятся фильтры тонкой очистки («абсолютные фильтры»), фильтры для атмосферного воздуха («воздушные фильтры») и туманоуловители, предназначенные для улавливания жидких аэрозольных частиц (капель). Фильтровальные материалы в волокнистых фильтрах первых двух классов обычно не могут быть регенерированы и подлежат замене. Эти фильтры рассчитаны на работу с очень низкой начальной концентрацией пыли (первые - до 1 мг/нм3, вторые - менее 50 мг/нм3) и применяются для очистки воздуха в системах приточной вентиляции и кондиционирования.

Промышленные тканевые (рукавные) фильтры относятся к наиболее эффективным пылеулавливающим аппаратам. Современные фильтры благодаря автоматизации в них работы механизмов регенерации весьма надёжны в эксплуатации и обеспечивают высокую эффективность улавливания пыли.

Использование тканевых фильтров связано со значительными площадями для их размещения, а также необходимостью поддержания температуры очищаемых газов выше точки росы (чтобы исключить конденсацию водяных паров на поверхности фильтровальной ткани) Достоинством зернистых фильтров является возможность работы при высоких температурах очищаемых газов. Однако дороговизна изготовления фильтровальных перегородок из зернистых материалов, а главное сложности с регенерацией зернистых фильтров, существенно ограничили их применение на практике.

В электрофильтрах осаждение частиц пыли происходит за счёт сообщения им электрического заряда. Наряду с рукавным фильтрами электрофильтры - наиболее высокоэффективные пылеулавливающие аппараты; аналогичны и их недостатки.

В основе работы мокрых пылеуловителей лежит контакт запылённых газов с орошающей жидкостью, при этом осаждение частиц пыли происходит на плёнку жидкости, поверхность газовых пузырей и капли. К достоинствам мокрых пылеуловителей стоит отнести более высокую степень очистки, чем в сухих механических пылеуловителях ( в скрубберах Вентури даже при улавливании мелкодисперсных пылей может достигаться такая же степень очистки, как и в рукавных тканевых фильтрах); возможность одновременного осуществления пылеулавливания, охлаждения газов и абсорбции вредных газообразных примесей; возможность эффективного применения при высоких температурах и влажности газов, при опасности самовозгорания и взрывов очищаемых выбросов или уловленной пыли. К недостаткам мокрого пылеулавливания относятся: образование шламовых сточных вод, необходимость изготовления аппаратуры в ряде случаев из антикоррозионных материалов, а так же высокие энергозатраты на очистку при улавливании мелкодисперсной пыли [14].



3 Экологические последствия деятельности предприятия по производству фосфора

3.1 Влияние вредных выбросов в атмосферу, и на живую оболочку земли

Болезни людей, вызываемые усилением запылённости. В последние десятилетия резко возросла запыленность атмосферы, что усугубило и без того тяжелую экологическую обстановку в мире. В первую очередь это сказалось на здоровье людей - особенно горожан (жителей крупных промышленных центров). Вспомним, что в Лондоне в 1952 г. за 4 дня смога, спустившегося на город, погибли 4 000 человек, а десятки тысяч людей получили легочные и бронхиальные заболевания. Смоги с большим содержанием пероксилацилнитратов вызывают сильные воспаления, такие, как гиперемия соединительной оболочки глаза. Особенно тяжелые случаи такого рода наблюдались в Лос-Анджелесе. У растений такие смоги повреждают листву и тормозят фотосинтез. Из-за смогов горожане все чаще стали заболевать хроническим бронхитом, эмфизой легких, различными аллергическими расстройствами, среди которых наиболее распространена астма. И наконец - рост заболеваний раком легких.

От загрязнения воздуха страдают животные и растения. Например, отходы медеплавильных заводов - хлор, мышьяк, сурьма - вызывают гибель домашних и диких животных, поедающих отравленную этими веществами пищу. Тяжелые заболевания скота наблюдаются от фтористых соединений. Медь и цинк, попадающие с выбросами заводов на землю, могут полностью уничтожить травяной покров.

Воздействие сернистого газа и его производных на человека и животных проявляется, прежде всего, в поражении верхних дыхательных путей, под их влиянием происходит разрушение хлорофилла в листьях растений, в связи с чем ухудшается фотосинтез и дыхание, замедляется рост, снижается качество древесных насаждений и урожайность сельскохозяйственных культур, а при более высоких и продолжительных дозах воздействия растительность погибает.

Подсчитано, что общее количество выбросов сернистого газа в атмосферу нашей планеты тепловыми электростанциями, металлургическими заводами, нефтеперерабатывающими предприятиями и другими антропогенными источниками с 1905 по 1965 г. возросло в 4 раза и в настоящее время достигло 150 млн т. Из этого количества до 110 млн т (более 70% мировых выбросов сернистою газа) приходится на страны Европы, Соединенные Штаты Америки и Канаду. Учитывая, что использование тв1рдого топлива, в частности бурого угля (характеризирующегося высоким содержанием серы), постоянно возрастает, следует предвидеть соответствующее увеличение выбросов сернистого газа.

Загрязнение атмосферного воздуха таит в себе угрозу не только здоровью людей, но и наносит большой экономический ущерб. Наличие в воздухе соединений серы ускоряет процессы коррозии металлов, разрушение зданий, сооружений, памятников культуры, ухудшает качество промышленных изделий и материалов. Установлено, например, что в промышленных районах сталь ржавеет в 20 раз, а алюминий разрушается в 100 раз быстрее, чем в сельской местности.

Вредные для человека и для природы выбросы могут перемещаться в воздушных потоках на громадные расстояния. Например, установлено, что выбросы промышленных предприятий Германии и Великобритании переносятся на расстояния более 1000 км и выпадают на территории Скандинавских стран, а из северо-восточных штатов США - на территории Канады. Вредоносные последствия загрязнения среды сказываются и в нашей стране. Так, по данным Европейской экономической комиссии ООН, через границу Казахстана в воздушных потоках с востока на запад идет в 4 раза больше серы, чем в обратном направлении.

В Казахстане наиболее неблагоприятными с точки зрения здоровья населения по-прежнему остаются города с высокой концентрацией промышленности. Загрязненная атмосфера вызывает увеличение числа заболеваний дыхательных путей. Состояние атмосферы в разных районах индустриальных городов сказывается на показателях заболеваемости.

В наиболее загрязненных районах заболевания органов дыхания выше среднего по городу в 2,1 раза, кожи и подкожной клетчатки - в 2,7 раза, крови и кроветворных органов - в 2 раза. Комплексная оценка состояния здоровья детей, осуществленная на основе углубленного медицинского осмотра школьников 7-11 лет, показала, что общее число здоровых детей в высокозагрязненных районах составило 6,6%, в контрольном районе - 19,9%. Более трети учащихся в загрязненном районе имеют функциональные отклонения, 60,5% страдают различными хроническими заболеваниями. У 20,3% детей, проживающих в районе с высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха, выявлено повышенное артериальное давление (в контрольном районе - у 9,7%), у 47,7% - анемия (в контрольном районе - у 19,3%).

Изучение распространенности аллергенных заболеваний среди детей в стране показало, что наибольшее число их отмечается в районах с высоким загрязнением атмосферы. Причем в этих районах отмечено большое число тяжелых форм аллергий в сочетании с другими заболеваниями. По заключению исследователей, все названные патологии связаны с воздействием пыли, сернистого ангидрида, серной кислоты и двуокиси азота. Высокая корреляция вышеуказанных заболеваний с суммарным загрязнением атмосферного воздуха наблюдалась постоянно [6].

3.2 Химическое загрязнение атмосферного воздуха

Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы, сложившуюся в ходе эволюции Земли, деятельности человека и находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений. Загрязнение атмосферы - это изменение ее состава при поступлении примесей естественного или антропогенного происхождения. Вещества-загрязнители бывают трех видов: газы, аэрозоли и пыль. К аэрозолям относятся диспергированные твердые частицы, выбрасываемые в атмосферу и находящиеся в ней длительное время во взвешенном состоянии.

К основным загрязнителям атмосферы относятся углекислый газ, оксид углерода, диоксиды серы и азота, а также малые газовые составляющие, способные оказывать влияние на температурный режим тропосферы: диоксид азота, хлорфторуглероды (фреоны), метан и тропосферный озон.

Основной вклад в высокий уровень загрязнения воздуха вносят предприятия черной и цветной металлургии, химии и нефтехимии, стройиндустрии, энергетики, целлюлозно-бумажной промышленности, а в некоторых городах и котельные.

Источники загрязнений - это теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ, металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух окислы азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов.

Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки. Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 70% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива.

Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие:

Оксид углерода - получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 250 млн. т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта;

Сернистый ангидрид - выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 70 млн. т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 85 процентов от общемирового выброса;

Серный ангидрид - образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ан гидрида;

Сероводород и сероуглерод - поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида;

Оксиды азота - основными источниками выброса являются предприятия, производящие; азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксидов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн. т. в год.;

Соединения фтора - источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

Соединения хлора - поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией.

3.3 Кислотные дожди - производная проблема химических выбросов в атмосферу

Попадая в атмосферу, многие загрязнения подвергаются химическим или фотохимическим превращениям с участием компонентов воздуха. Конечные продукты химических превращений удаляются из атмосферы с осадками или выпадают на поверхность Земли с аэрозолями. Попадая на поверхность биологических объектов, строительных конструкций и других предметов, загрязнения и продукты их превращения интенсифицируют физико-химические процессы разрушения органических веществ, металлов и неорганических материалов.

Ущерб, наносимый живой природе атмосферными загрязнениями и продуктам производственной деятельности человека, трудно оценить, но гибель лесов, загрязнение водных бассейнов, распространение аллергических заболеваний, нарушение биологического равновесия в экосистемах не в последнюю очередь связаны с высокими концентрациями агрессивных примесей в атмосфере.

3.4 Прямое воздействие кислотных дождей на растения

Непосредственная гибель растений в наибольшей степени ощущается вблизи от выбросов загрязнений, в радиусе нескольких десятков километров от их источника. Главной причиной является высокая концентрация двуокиси серы.

Это соединение адсорбируется на поверхности растения, в основном на его листьях, и оказывает на него вредное влияние. Двуокись серы, проникая в организм растения, принимает участие в различных окислительных процессах. Эти процессы протекают с участием свободных радикалов, образованных из двуокиси серы в результате химических реакций. Они окисляют ненасыщенные жирные кислоты мембран, тем самым изменяя их проницаемость, что в дальнейшем отрицательно влияет на многие процессы (дыхание, фотосинтез и др.).

Непосредственные воздействия на растения могут принимать различные формы:

1) генетические изменения;

2) видовые изменения;

3)нанесение прямого вреда растительности.

Естественно, в зависимости от чувствительности вида и размеров нагрузки масштаб воздействия может простираться от восполнимого
(обратимого) ущерба до полной гибели растения.

В первую очередь погибают наиболее чувствительные виды, например, отдельные лишайники, которые могут сохраниться только в самой чистой среде, поэтому их считают "индикаторами" чистого воздуха. Обычно в сильнозагрязненных местах образуется "лишайная пустыня". В современном городе она существует уже при средней концентрации двуокиси серы 100 мкг/м". Во внутренних его районах лишайник вообще отсутствует, а на окраинах его можно встретить очень редко. Впрочем, существуют также виды лишайника, хорошо переносящие нагрузки двуокиси серы, поэтому отдельные сопротивляющиеся виды иногда занимают место погибших видов лишайника.

Однако кислотные атмосферные соединения, естественно, могут также оказывать прямое вредное воздействие и на растения более высокого класса.

Непосредственный вред, приносимый двуокисью серы, зависит от многих факторов -- местного климата, вида деревьев, состояния почвы, способов обработки леса, рН влажных осадков и др. Опасный уровень атмосферной двуокиси серы оказался гораздо ниже, чем считалось раньше, так как определенные физиологические и биохимические изменения могут происходить без каких-либо признаков гибели. Однако эта опасная граница становится еще ниже при воздействии двуокиси азота, озона, кислотного дождя и т.д.

3.5 Прямое воздействие кислотных дождей на человека

Естественно, атмосферные кислотные микроэлементы не щадят и человека. Однако здесь речь идет уже не только о кислотных дождях, но и о том вреде, который приносят кислотные вещества (двуокись серы, двуокись азота, кислотные аэрозольные частицы) при дыхании.

Уже давно установлено, что существует тесная зависимость между уровнем смертности и степенью загрязнения района. При концентрации около 1 мг/м3 возрастает число смертельных случаев, в первую очередь среди людей старшего поколения и лиц, страдающих заболеваниями дыхательных путей. Статистические данные показали, что такое серьезное заболевание, как ложный круп, требующее моментального вмешательства врача и распространенное среди детей, возникает по этой же причине. То же самое можно сказать и о ранней смертности новорожденных в Европе и Северной Америке, которая ежегодно исчисляется несколькими десятками тысяч. Кроме оксидов серы и азота опасны для здоровья человека также аэрозольные частицы кислотного характера, содержащие сульфаты или серную кислоту. Степень их опасности зависит от размеров. Так, пыль и более крупные аэрозольные частицы задерживаются в верхних дыхательных путях, а мелкие (менее 1 мкм) капли серной кислоты или частицы сульфатов могут проникать в самые дальние участки легких.

Физиологические исследования показали, что степень вредного воздействия прямо пропорциональна концентрации загрязняющих веществ. Однако существует пороговое значение, ниже которого даже у самых чувствительных людей не обнаруживаются какие-либо отклонения от нормы. Например, для двуокиси серы среднесуточная пороговая концентрация для здоровых людей составляет приблизительно 400 мкг/м3 [19].

3.6 Пути решения проблем фосфорного производства

Эффективное решение экологических проблем фосфорного производства заключается в выявлении причин загрязнения среды, их анализе, создании новых безотходных технологий и аппаратов, отвечающих требованиям экологии.

Основным техническим агрегатом для реализации процесса является высокотемпературный кислородный реактор Ромелт (рис. 1).

В предлагаемой технологии смесь из угля, фосфоритного сырья и флюсовых добавок непрерывно загружают в реактор Ромелт сверху на поверхность интенсивно перемешиваемого кислородсодержащим дутьем шлакового расплава. Под действием потоков шлака материалы замешиваются в объем ванны, где происходит их окисление кислородом дутья. Минеральные компоненты шихты растворяются в шлаке и непрерывно пополняют объем ванны. Происходит жидкофазное восстановление фосфора углем и переход фосфора преимущественно в газовую фазу (рис. 2).

Скорость загрузки топлива, сырья и интенсивность подачи дутья выбирают таким образом, чтобы углерод окислялся в объеме ванны только до оксида углерода. Выделяющиеся из ванны газы дожигаются над ее поверхностью кислородом, который подается через верхние фурмы. Температура газов в зоне дожигания составляет 1500-1700 ^оС. В зоне дожигания отходящих из ванны газов газообразный фосфор окисляется до Р₂О₅. Дальше печные газы охлаждаются в котле-утилизаторе и подаются на двухступенчатую очистку. На первой стадии улавливается крупная фракция и возвращается в печь, а мелкая фракция в дальнейшем складируется на полигоне. После очистки из газа извлекаются оксиды фосфора, дымовой газ выбрасывается в атмосферу. Конечным продуктом производства является фосфорная кислота.

В котле-утилизаторе установки производится пар, который используется для производства электроэнергии. По мере накопления шлак через сифон выводится из печи и направляется на переработку.

Содержащееся с шихте окисленное железо, восстанавливается углем. На подине печи формируется ванна металла, представляющего собой металлургический феррофосфор, который также выводится из печи по мере накопления.

Все продукты процесса (печной газ, шлак, металл, пыль) в данной технологии могут быть использованы полезно, т.е. технология является безотходной. Шлак будет пригоден к использованию в цементной промышленности. Технология также предусматривает значительное попутное производство товарной электроэнергии.

Рассчитанный по этим данным ущерб окружающей среде до 2-х раз ниже, чем при использовании существующей технологии переработки фосфорного сырья в электропечах. Это обусловлено следующим. В предлагаемой технологии не требуется подготовки сырья и не используется в больших количествах электроэнергия, что сказывается на ущербе, наносимом атмосфере. Кроме того, пылевынос в комплексе имеет организованный отвод, что значительно облегчает улавливание пыли, в отличие от традиционной схемы, где источников пылевыноса намного больше и к тому же они рассредоточены территориально. В предлагаемой технологии часть пыли возвращается в производство, что снижает количество пыли, направляемой на полигон.

В целях улучшения термообработки и термохимической подготовки сырья разработана шахтная печь с газораспределительными решетками. Существенным преимуществом термообработки сырья в условиях газодинамики подвижного слоя - проведения процесса в благоприятных санитарных условиях без вредных выбросов и отходов.

В процессе по сушке кокса в шахтной печи с наклонной решеткой, запыленность отходящих газов 121 мг/м³) в газоходе до системы пылеочистки. Что гораздо ниже предельно допустимых санитарных концентраций (ПДК 500 мг/м³), в то время как запыленность отходящих газов из сушильных барабанов даже после двухступенчатой очистки достаточно высока (в среднем 17 000 мг/м³). Таким образом, сушка сырья в шахтной печи с наклонной решеткой - экологизированный процесс и отвечает требованиям охраны окружающей среды [20].



Заключение

От загрязнения воздуха страдают животные и растения. Например, отходы промышленных заводов - хлор, мышьяк, сурьма - вызывают гибель домашних и диких животных, поедающих отравленную этими веществами пищу. Тяжелые заболевания скота наблюдаются от фтористых соединений. Медь и цинк, попадающие с выбросами заводов на землю, могут полностью уничтожить травяной покров.

Воздействие сернистого газа и его производных на человека и животных проявляется, прежде всего, в поражении верхних дыхательных путей, под их влиянием происходит разрушение хлорофилла в листьях растений, в связи с чем ухудшается фотосинтез и дыхание, замедляется рост, снижается качество древесных насаждений и урожайность сельскохозяйственных культур, а при более высоких и продолжительных дозах воздействия растительность погибает.

Подсчитано, что общее количество выбросов сернистого газа в атмосферу нашей планеты тепловыми электростанциями, металлургическими заводами, нефтеперерабатывающими предприятиями и другими антропогенными источниками с 1905 по 1965 г. возросло в 4 раза и в настоящее время достигло 150 млн т. Из этого количества до 110 млн т (более 70% мировых выбросов сернистою газа) приходится на страны Европы, Соединенные Штаты Америки и Канаду.

Загрязнение атмосферного воздуха таит в себе угрозу не только здоровью людей, но и наносит большой экономический ущерб. Наличие в воздухе соединений серы ускоряет процессы коррозии металлов, разрушение зданий, сооружений, памятников культуры, ухудшает качество промышленных изделий и материалов. Установлено, например, что в промышленных районах сталь ржавеет в 20 раз, а алюминий разрушается в 100 раз быстрее, чем в сельской местности.

Вредные для человека и для природы выбросы могут перемещаться в воздушных потоках на громадные расстояния. Например, установлено, что выбросы промышленных предприятий Германии и Великобритании переносятся на расстояния более 1000 км и выпадают на территории Скандинавских стран, а из северо-восточных штатов США - на территории Канады. Вредоносные последствия загрязнения среды сказываются и в нашей стране. Так, по данным Европейской экономической комиссии ООН, через границу Казахстана в воздушных потоках с востока на запад идет в 4 раза больше серы, чем в обратном направлении.

Нам же остается надеяться на то, что главы промышленных предприятий, задумаются о том, какой вред они наносят окружающей среде, в частности атмосферному воздуху, и примут меры по внедрению в производство вышеуказанных инновационных технологий.

Размещено на Allbest.ru

...