Основными промышленными источниками выбросов в атмосферу твердых частиц являются электростанции, промышленные и отопительные котельные, металлургические и цементные заводы, угле- и рудообогатительные фабрики. Около 60% общего количества аэрозолей, попадающих в атмосферный воздух из промышленных источников во всем мире составляют твердые частицы, поступающие при сжигании угля. Это главным образом зола и пыль, в значительно меньших концентрациях сажа, в отдельных случаях аэрозоли, содержащие микроконцентрации канцерогенных веществ. Выброс золы при сжигании твердых топлив зависит от состава их минеральной части, типа топочного устройства (слоевые, камерные топки с сухим или жидким шлакоудалением) и от эффективной работы пылеулавливающих установок.
К природным источникам загрязнения атмосферы твердыми частицами следует относить: 1) вулканические извержения; 2) пылевые бури; 3) лесные пожары; 4) испарение морской соли и др. (около 3760 т/год - 94% от общего количества).
Показателем нормального содержания твердых частиц в атмосфере является среднегодовая концентрация в горных районах от 0,04 до 0,4 мг/м3.
Важным свойством твердых загрязняющих веществ является размер отдельных частиц, необходимый для определения гранулометрического состава пыли.
Пыль состоит из частиц различных размеров, поэтому диапазон существования отдельных частиц в данном образце (гранулометрический состав, дисперсность пыли, и т.п.) обычно изображаются кривой распределения. Иногда вместо размера частиц используют скорость их осаждения (седиментации). Это скорость с которой частицы в восходящем газовом потоке падают под действием гравитационной силы.
В зависимости от размеров (дисперсного состава) частицы бывают:
-45%-50% d<1мкм;
-30%-35% от 1 до 5 мкм;
-5% от 5 до 20 мкм;
- остаток более 20 мкм;
Различают:
1.Диспергационные аэрозоли.
2.Конденсационные аэрозоли.
dдисп.>> dконд., dконд.< 0.5 мкм
Состав диспергационных и конденсационных аэрозолей может быть
в виде отдельных частиц и в виде групп частиц. Аэрозоли из твердых частиц называются пылью. Конденсационные аэрозоли с твердыми и смешанными фазами называются дымами. Диспергационные аэрозоли с жидкой фазой называются туманами.
Диаметр частиц аэрозолей от 0,001 до 1000 мкм. В этом интервале
масса частицы изменяется в 1015 раз.
Параметры частиц:
1. Стоксовский диаметр частицы - это диаметр сферической частицы, которая обладает той же скоростью оседания, что и рассматриваемая частица с той же плотностью.
2. Аэродинамический диаметр-это диаметр такой частицы, которая обладает той же скоростью оседания, что и рассматриваемая частица, но при плотности 1г/см3.
3. Средний диаметр – это диаметр частицы, измеренный с помощью микроскопа с вычислением среднего диаметра.
Дисперсный состав частиц характеризуется несколькими способами:
1. С помощью гистограмм распределения.
2. По числу частиц и массе.
3. Построением распределения в ВЛКС.
В число других важнейших характеристических свойств частиц твердых загрязнений входят: их химический состав, электрический заряд и электросопротивление, слипаемость, абразивное действие, смачиваемость, взрываемость (или воспламеняемость), схватываемость, удельная поверхность, угол естественного откоса, угол скольжения, насыпная и истинная плотность.
В атмосферной пыли можно обнаружить практически все химические элементы, хотя большинство из них присутствуют в следовых количествах.
В таблице 1 приведены сведения об основных токсических веществах, существенная часть которых поступает в атмосферный воздух с продуктами сгорания топлив.
Таблица 1 – Основные загрязнители атмосферного воздуха.
| Загрязнители | Основные источники | Среднегодовая концентрация в воздухе, мг/м3 | Химические процессы взаимодействия с окружающей средой | Воздействие на здоровье человека | Воздействие на окружающую среду | |||
| Природные | Искусственные | |||||||
| Твердые частицы (пыль, зола) | Вулканические извержения, пылевые бури, лесные пожары, испарения морской соли и др. (около 3760 т/год – 94% от общего количества) | Сжигание топлива в промышленных и бытовых установках (около 240*106 т/год) | В городских районах 0,04 - 0,4 | В зависимости от химического состава и размера частиц | Зависит от химического состава | Снижение солнечного освещения и видимости, увеличение туманности | ||
| Сернистый ангидрид SO2 | Вулканические извержения, окисление серы и сульфатов, рассеянных в море (около 150*106 т/год – 70-50% от общего количества). | Сжигание топлива, нефтепереработка, черная и цветная металлургия ((175-150)*106 т/год – до 50%). | В городских районах до 0,5-1 районах с развитой промышленностью и автотранспортом – до 0,2, в других до 0,05. | Атмосферное окисление до SO3 приводит к образованию тумана, содержащего пары H2SO4 | Заболевания дыхательных путей | Хроническое поражение растений, уничтожение лесов, снижение урожайности Погло | ||
| Оксиды азота NOx | Лесные пожары (770*106 т/год – около 93% от общего количества). | Окисление атмосферного азота и азота топлива при высокой температуре – энергетика, промышленность, автомобили (55*106 т/год – 7%) | В процессах горения образуется 95-100% NO, окисляется в воздухе до NO2 озоном. В выбросе отопительных установок, газовых турбин, дизелей 70-90% NO, 10-30% NO2 | Уменьшение содержания гемоглобина в крови | щение солнечного света, образование коричневой дымки, смога. Уничтожение лесов. | |||
| Оксид углерода CO Летучие углеводороды и их продукты Полициклические ароматические углеводороды | Лесные пожары (11*106 т/год), выделения океанов (10*106 т/год). Лесные пожары, поступления природного метана и природных терпенов (2600*106 т/год – 97%). - | Неполное сгорание топлива (автомобили, промышленность до (250-350)*106 т/год – 90-95%). Неполное сгорание органического топлива (автомобили), дожигание отходов, испарение растворителей и продуктов нефтепереработки (80*106 т/год – 3%) Неполное сгорание органического топлива, выбросы химических, металлургических, нефтеперерабатывающих, асфальтобетонных заводов (100%) | 1-50 (в зависимости от интенсивности автотранспорта, близости металлургических производств) В районах с развитым автотранспортом и промышленностью – до 3 В районах асфальтобетонных заводов и при сжигании твердого топлива в слое – до 0,01 | Медленное окисление до СО2 в нижнем слое атмосферы. В целом химическая инертность по отношению к другим компонентам атмосферы Реакции СО и О3 с образованием альдегидов, кислот и других соединений Нет данных | Уменьшение содержания гемоглобина в крови Раздражающее действие некоторых продуктов окисления углеводородов (альдегидов) на глаза и дыхательные пути Понижение видимости, некоторые углеводороды могут вызывать заболевания раком | Никакого воздействия на высшие растения при концентрации менее 1 мг/м3. Поражение растений некоторыми соединениями при концентрации выше 0,02 мг/м3. понижение видимости; частое появление запаха Нет данных | ||
Основными источниками выбросов в атмосферу твердых частиц являются электростанции, промышленные и отопительные котельные, металлургические и цементные заводы, угле- и рудо обогатительные фабрики. Около 60% общего количества аэрозолей, попадающих в атмосферный воздух из промышленных источников во всем мире, составляют твердые частицы, поступающие при сжигании угля. Это главным образом зола и пыль, в значительно меньших концентрациях сажа, в отдельных случаях аэрозоли, содержащие микроконцентрации канцерогенных веществ. Выброс золы при сжигании твердых топлив зависит от состава их минеральной части, типа топочного устройства (слоевые, камерные топки с сухим или жидким шлакоудалением) и от эффективности работы пылеулавливающих установок.
В связи с использованием низкосортных углей содержание минеральной части имеет тенденцию к повышению от обычных 15-30 до 40-50 %. Однако вследствие непрерывного повышения степени золоулавливания (на лучших энергоблоках ηз≥98%) и увеличения доли газа и мазута в топливном балансе общий уровень содержания пыли в воздухе снижается. Содержание минеральной части и серы в некоторых видах топлив приведено в таблице 2; для малосернистого мазута оно составляет соответственно 0,2 и 0,5%, для высокосернистого 0,2.
Таблица 2 – Содержание минеральной части и серы в углях, %.
| Бассейн | Марка (сорт) | Минеральная часть | Сера |
| Донецкий | Д Г А | 19,6 15,8 13,3 | 4,0 3,3 4,0 |
| Карагандинский | ПЖ Б ПП | 25,0 17,0 33,9 | 0,8 0,6 1,1 |
| Кузнецкий | Д Г | 5,0 10,0 | 0,4 0,6 |
| Подмосковный | Б | 23,5 | 2,9 |
| Челябинский | 24,9 | 1,2 | |
| Кизеловский | Г Д ПП | 29,3 26,5 35,6 | 5,1 4,6 9,5 |
| Экибазтусский | С | 36,8 | 0,8 |
| Канский | Б | 10,2 | 0,5 |
При сжигании угля с содержанием минеральной части Ар = 16-20 % в камерных топках вынос твердых частиц в рабочей массе топлива за пределы топочной камеры составляет до 20 % от его массы. Вследствие этого эксплуатация камерных топок без систем пылеулавливания невозможна. Меньший вынос твердых частиц за пределы топочного устройства имеет место при применении циклонных топок.