Краткая характеристика главных загрязнителей воздуха

Неприятные запахи и ощущения, связанные с загрязнением воздуха, субъективные и не поддающиеся измерению – это одна из причин, почему трудно создать правовые нормы по ним. В Украине, к сожалению, отсутствует нормативно- правовое регулирование показателя одорации (запаха). Это означает, что интегральные показатели качества и безопасности воздуха, такие как уровень запаха, не контролируются на государственном или местном уровне. Отсутствие такого регулирование усложняет контроль и управление источниками неприятных запахов, которые могут оказывать негативное влияние на качество жизни населения.

В то же время законодательство Украины предусматривает ответственность за загрязнение атмосферного воздуха (статья 241 УК). Определить в воздухе можно не только содержание ароматических веществ, но и ядовитых веществ без запаха.

Чаще всего в водоочистных и канализационных системах в результате течения процессов разложения органических веществ и очистки стоков присутствуют следующие опасные и токсичные газы: метан (CH₄), сероводород (H2S), аммиак (NH3), углекислый газ (CO2) и угарный газ (CO), N, SO ₂) и летучие органические соединения (ЛОС). Предельно допустимые концентрации (ПДК) и класс опасности приведены в таблице.

Государственные медико-санитарные нормативы предельно допустимы концентрации химических веществ в атмосферном воздухе населенных мест

№ з/п	Название вещества	CAS №	Предельно допустимая концентрация, мг/м3		Класс опасности
			максимально разовая	среднесуточная
1.	Аммиак (NH3)	7664-41-7	0,2	0,04	4
2.	Диоксид азота (NO2)	10102-44-0	0,2	0,04	3
3.	Диоксид углерода (CO2)	124-38-9	0,5 % (об)		4
4.	Диоксид серы (SO2)	7446-09-5	0,5	0,05	3
5.	Метилмеркаптан (метантиол, CH3SH)	74-93-1	0,0001	—	4
6.	Метан (СН4)	74-82-8	300	—	4
7.	Озон (O3)	10028-15-6	0,16	0,03	1
8.	Оксид азота (NO)	11104-93-1	0,4	0,06	3
9.	Оксид углерода (CO)	630-08-0	5	3	4
10	Сероводород (H2S)	7783-06-4	0,008	—	2
11	Хлор (Cl2)	7782-50-5	0,1	0,03	2

Примечание: Значение ПДК может отличаться в зависимости от национальных стандартов и условий измерения

Аммиак (NH 3) – бесцветный газ с резким раздражающим запахом. Он образуется при разложении азотсодержащих органических веществ. Аммиак раздражает дыхательные пути и слизистые, а при высоких концентрациях может вызвать отек легких и другие серьезные поражения.

Диоксид азота (NO 2) – основным природным источником диоксида азота является денитрифицирующая активность микроорганизмов. Не менее важными природными источниками диоксида азота в атмосфере являются молнии, лесные пожары и пожары торфяниках. Необычайно ядовитый газ красно-бурого цвета. Характеризуется специфическим резким, острым запахом, который у значительных концентрациях становится удушающим. Первые признаки отравления – пекут глаза, падает АД, головные боли и тяжелое дыхание. Хроническое отравление может вызвать повреждение зубов или конъюнктивит.

Диоксид углерода (CO 2) – является бесцветным газом без образующегося запаха. При разложении органических веществ. Хотя он не является токсичным, высока концентрация CO 2 может привести к гиперкапнии – состоянию, при котором содержание углекислого газа в крови превышает норму, вызывающую головную боль, головокружение и утрату сознания. Предельное допустимое содержание СО 2 в воздухе 0,5–1 % (по объему). При 10% наступает обморок, при 20-25% — смертельное отравление.

Диоксид серы SO₂ – бесцветный газ с резким запахом, токсичный и коррозионноактивный. Вызывает раздражение дыхательных путей и глаз, может образовывать серную кислоту (H₂SO₄) и вызывать кислотные дожди.

Последствия для здоровья: дыхательная недостаточность – осложняет усвоение кислорода, возможно летальное последствие; сердечно-сосудистые нарушения – учащенное сердцебиение, повышенное давление, риск комы; неврологические эффекты – головокружение, головные боли, слабость, спутанность сознания; долгосрочные последствия – повышен риск онкологии и других серьезных заболеваний.

Меркаптаны (тиолы) – органические соединения, содержащие серу и характеризующиеся сильным неприятным запахом. Они широко используются в промышленности, в частности для придания запаху природному газу, который сам по себе не имеет запаха, чтобы облегчить обнаружение утечек. Однако, несмотря на их полезность, меркаптаны представляют значительную опасность для здоровья человека и окружающей среды. Меркаптаны обладают аллергенным действием и могут вызывать раздражение слизистых глаз и дыхательных путей. Вызывают: кашель, боли в горле, головокружение, головные боли, тошноту, потерю сознания. Чрезвычайно легковоспламеняющиеся вещества. Смеси меркаптанов с воздухом взрывоопасны. Выбросы меркаптанов в атмосферу могут вызвать значительные экологические риски, в частности загрязнение воздуха, воды и почвы.

Метан (CH4) – бесцветный газ без запаха, составляющий примерно 60-68% объема канализационных газов. Хотя он не является высокотоксичным его высокая концентрация может вытеснять кислород, что приводит к удушью. Метан оказывает слабое наркотическое действие. С воздухом метан образует взрывчатые смеси. При содержании в воздухе до 5-6% метан горит (температура воспаления 650-750 ° С), при содержании 5-16% — взрывается, более 16% — может гореть при притоке кислорода.

Озон (O3) – аллотропная модификация кислорода газ, используемый для обеззараживания различных сред. Токсичен при вдыхании. Он раздражает слизистую глаз и дыхательных путей, повреждает сурфактант легких. Высокая окислительная способность озона и образование свободных радикалов кислорода определяют его высокую токсичность. Воздействие озона на организм является общетоксичным, раздражающим, канцерогенным и мутагенным, а также может приводить к преждевременной смерти.

Оксид азота (NO) – раздражает слизистые оболочки. Симптомы отравления появляются только через период задержки в несколько часов. Ими являются: раздражение горла, осложненное дыхание, головные боли, тошнота. Дальнейшие осложнения при отсутствии лечебных мероприятий могут повлечь за собой полную потерю сил, непостоянство дыхания, цианоз, а также смерть вследствие отека легких.

Оксид углерода (Угарный газ) (CO) – это бесцветный газ без запаха, образующийся при неполном сгорании органических веществ. Он связывается с гемоглобином в крови, препятствуя транспорту кислорода, что может привести к гипоксии и смерти.

Сероводород (H2S) – это бесцветный газ с характерным запахом тухлых яиц, образующийся при гниении органических веществ. Он крайне ядовит и тяжел воздух, поэтому накапливается в нижних частях помещений, таких как колодцы и подвалы. Его присутствие в воздухе ощущается при концентрации всего 0,2 промилле. При 3–5 ppm запах становится сильным, а при 7 ppm мы достигаем максимально допустимой концентрации для восьмичасового воздействия на рабочем месте. Превышение 10 ppm приводит к заметному раздражению глаз, а при более высоких концентрациях могут появиться дополнительные симптомы, такие как кашель или головная боль. При высоких концентрациях может приводить к повреждению нервной системы, параличу дыхания, потере сознания или даже смерти.

Хлор (Cl2) – это токсичный газ желто-зеленого цвета с резким запахом (запах хлорной извести), при испарении в воздух жидкий Cl2 образует с водяным паром белый туман. Признаки отравления хлором – резкая боль в груди, сухой кашель, рвота, удушье, нарушение координации движений, слезотечение.

Учитывая вышесказанное, очищение воздуха от запахов – это проблема, которая лежит не только в плоскости неприятных ощущений и дискомфорта жителей местного общества или работников производства, но и настоящую угрозу здоровью и даже жизни людей. Поэтому для промышленности и водного секторов эффективное очищение воздуха становится ключевой инвестицией, которая не только обеспечивает соответствие нормам выбросов, но и защищает здоровье населения и повышает общественное признание местных проектов.

Методы очистки воздуха от неприятных запахов

1. Биологические методы

Предусматривают использование микроорганизмов для биологического окисления органических веществ, находящихся в выбросах. Реализуют биологическое очистка в биофильтрах и биоскруберах.

Биофильтры. Процесс очистки состоит в создании природных условий для развития микроорганизмов в биологически активном слое, который обычно состоит из фильтрующей загрузки природных материалов (деревянной стружки, корней и лиственных деревьев, торф, компост, вулканической пемзы и т.п.) и материалов искусственного и синтетического происхождения (керамзит, силикатные и полимерные). Необходимо систематически и интенсивно увлажнять этот слой и населять его соответствующими микроорганизмами, а также дозировать питательные вещества, отвечающие за развитие микроорганизмов.

Биоскруберы. В скрубберах самой разной конструкции происходит разложение загрязнителей в процессе их контакта с суспензией активного ила, которую подают на орошение газов.Биоскруберы. В скрубберах самой разной конструкции происходит разложение загрязнителей в процессе их контакта с суспензией активного ила, которую подают на орошение газов.

Достоинства биологического метода. Относительно простые по конструкции основные аппараты и их эксплуатация не связана с большими капиталовложениями. Этот метод экологически безопасен и эффективен для удаления широкого спектра органических и неорганических соединений, включая меркаптаны, сероводород, альдегиды, аммиак и т.д. Это предотвращает распространение интенсивных, часто очень неприятных запахов, характерных для насосных станций, очистных сооружений, канализационных систем или промышленных предприятий. Важным преимуществом в методе нейтрализация выделения неприятных запахов естественным, биологическим путем является то, что замена или регенерация слоя обычно не требуется чаще, чем каждые 5 лет. Использованный биологический слой можно применять как сырье для компостной установки, и он не представляет угрозы для природной среды.

Рис 1. Биофильтр

Основные недостатки и особенности: большие габариты, необходимость постоянного поддержания оптимальных условий для жизнедеятельности микроорганизмов, сложность технического обслуживания.

2. Сорбционные методы

Методы основаны на способности сорбентов поглощать газообразные загрязнители и запахи. Различают абсорбционные (хемосорбционные) и адсорбционные методы.

Абсорбционная очистка газов – это процесс удаления газообразных примесей путем их растворения в жидком абсорбенте. Эти методы применяются для очистки газовых выбросов от вредных компонентов, таких как диоксид серы (SO2), аммиак (NH3), сероводород (H2S). Абсорбцию проводят с помощью абсорбента (абсорбент – это жидкости, обладающие способностью впитывать другие вещества из окружающей среды, обычно в жидком или газообразном состоянии). В качестве абсорбентов используют воду, водных растворов щелочей, кислот, солей и т.п., а также органические растворители или их водные растворы, в зависимости от физико-химических свойств примесей, которые нужно удалить. Процесс может быть физическим (абсорбция –поглощение без химического взаимодействия) или химическим (хемосорбция).

Реализуется процесс очистки в скрубберах. (Рис. 2.) Работа устройств этого типа заключается в подаче загрязненного воздуха в скруббер, который орошается абсорбентом. В процессе контакта с абсорбентом примеси, содержащиеся в воздухе, поглощаются, а очищенный воздух, выходящий наружу.

Для максимальной эффективности работы скруббера площадь поверхности контакта абсорбента с загрязненным воздухом должна быть как можно больше. Поэтому скрубберные аппараты обычно заполняют элементами, обеспечивающими большую площадь поверхности контактирования, или мелко диспергируют абсорбент.

Рис. 2 Скрубер

Адсорбционное очищение газов – это процесс селективного удаления примесей из газовых смесей путем поглощения их поверхностью твердых веществ, называемых адсорбентами (адсорбент – это твердое вещество, на поверхности которого происходит адсорбция, то есть поглощение молекул газов). Этот метод позволяет почти полностью извлечь загрязняющие компоненты, обеспечивая глубокую очистку газов. Адсорбционные методы используются для очистки газов с невысоким содержанием газообразных и парообразных примесей и позволяют проводить очистку при повышенных температурах.

Адсорбенты обладают большой удельной поверхностью, что позволяет эффективно захватывать молекулы загрязнителей. Наиболее распространенными адсорбентами являются активированные угли, силикагели, алюмогели и цеолиты. Кроме того, для улучшения сорбционных свойств используют пропитанные, каталитически активные или универсальные адсорбенты. На поверхности адсорбента как снаружи, так и внутри гранул задерживаются загрязняющие компоненты газового потока. Время нейтрализации зависит от состава газа и содержания в нем примесей.

В зависимости от технологических нужд адсорберы могут иметь разные размеры и конструкционное исполнение (рис.3).

Рис. 3 Адсорбери

Достоинства сорбционных способов. К главным преимуществам сорбционных методов следует отнести: высокая эффективность очистки (степень очистки приближается к 100%); легко поддающиеся автоматизации; не нуждаются в постоянном обслуживании; благодаря простой технологии сорбционные решения практически безаварийны.

Основные недостатки и особенности: ограниченная эффективность при высоких концентрациях примесей; необходимость регенерации или замены сорбентов; довольно значительные эксплуатационные расходы

3. Фотохимическое окисление (фотолиз)

Фотохимическое окисление подразумевает использование ультрафиолетового (УФ) излучения для разложения вредных органических веществ на экологически безопасные соединения и аэрозоли. Позволяет эффективно снизить содержание ЛОС, формальдегида, сероводорода, тиолов и т.п. в отработанном воздухе. Набор ультрафиолетовых ламп в устройстве производит озон, смешивающийся с потоком газа.

Аппаратурно фотохимическая технология окисления реализована в виде камеры облучения с УФ лампами (УФ/озоновые трубки), оборудованной системой автоматического контроля (рис. 4).

Рис. 4 Камера облучения с лампами УФ

Преимущества фотохимического метода окисления: безреагентный; не трудоемкий; легко автоматизировать; низкое гидравлическое сопротивление.

Основные недостатки и особенности: необходимость периодической замены УФ ламп и контроля содержания высокотоксичного озона в очищенном воздухе.

4. Комбинированные системы очистки воздуха

Представляют собой сочетание вышеописанных методов. Позволяют оптимизировать процесс очистки в результате комплексного подхода к очистке воздуха, позволяющего полнее использовать преимущества каждого метода и компенсировать недостатки.

Биологически сорбционные методы. Эти системы, как правило, состоят из биофильтра и адсорбера (рис.5).

Биологический фильтр и сорбент находятся в закрытых камерах, благодаря чему погодные условия не влияют на их работу. Вентилятор проталкивает загрязненный воздух через слой заполнения. После выхода из биологической камеры, где устраняется более 90% запахов, воздух попадает на вторую степень очистки, которой является слой устойчивого к повышенной влажности адсорбента. Здесь газ доочищается, достигая почти 100% уменьшения содержания веществ, вызывающих запахи. Благодаря комбинации двух методов можно использовать угольный слой во много раз дольше, чем в случае стандартных угольных фильтров, одновременно добиться лучшей эффективности очистки, чем при использовании стандартных биофильтров.

Рис. 5 Камера биологически-сорбционной системы

Фотохимически-сорбционные системы. Эти системы состоят из фотохимической и адсорбционной частей (рис.6).

Газообразные вещества, вызывающие запахи, окисляются в объеме УФ-облучения и окончательно доокисляются на поверхности каталитически активного адсорбента. Скорость и время реакции подбираются в соответствии с потребностями конкретного использования. При этом нет риска попадания озона за пределы устройства, поскольку его концентрация поддерживается только в таком диапазоне, чтобы эффективно удалять газообразные загрязнители из воздуха. Весь процесс полностью автоматизирован. Работа такой системы экономически выгоднее по сравнению со стандартным оборудованием, поскольку износ активного сорбента происходит после более длительного периода эксплуатации, что уменьшает затраты, связанные с его регенерацией или заменой. Стоит отметить очень малую площадь, занимаемую устройством, относительно его пропускной способности.

Возможны также другие, более сложные сочетания различных методов очистки воздуха, выбор которых определяется: необходимой степенью очистки, качественным и количественным составом газа и его технологическими параметрами.