Физика и процессы образования аэрозольных частиц антропогенного происхождения

Образование аэрозолей в атмосфере.

В атмосфере вблизи земли содержатся частицы во взвешенном состоянии, имеющие разнообразную форму. Условно их можно представить в виде сфер с размером 0,001 – 100мкм. Частицы радиус которых меньше 0,1мкм называются ядрами Айткена (их в атмосфере наибольшее количество).

В тропосфере распределение частиц по размерам делят на три типа:

· фоновое;

· океаническое;

· континентальное.

Нижний слой тропосферы на высоте около 2000м содержит частицы от 0,5 до 20мкм океанического происхождения.

Континентальное распределение частиц зависит от типа местности: над промышленными районами содержание частиц примерно 100¹⁰ частиц/м³; над лесными зонами, с/х угодьями около 10¹⁰ частиц/м³.

Фоновое загрязнение – около 700000000 частиц/м³ – максимальный предельный радиус частицы R_част.≈0,2мкм.

В тропосфере образование твердых и жидких частиц происходит в три этапа:

1. образование аэрозольных частиц происходит при взаимодействии образующегося в результате прямого фотохимического окисления диоксиды серы с парами воды, содержащимися в тропосфере.

SO₂ + 2O₂ + h → SO₃ + O₃

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

2. в результате взаимодействия диоксида серы, паров воды и диоксида азота с образованием сложного аэрозоля:

SO₂ и NO₂ → (NO*H₂SO₄)

3. процесс окисления сернистой кислоты до серной

2H₂SO₃ + O₂ → 2H₂SO₄

Катализатором в этом процессе являются оксиды Fe, Al, Ca и т.д.

Существование этих аэрозолей в тропосфере происходит от нескольких дней до нескольких недель.

В стратосфере распределение аэрозольных частиц наблюдается по всей толщине. Наиболее выраженный аэрозольный слой на высоте 18 -20км над поверхностью земли. Концентрация частиц зависит в основном от активности поверхности земли (вулканическая деятельность). Стратосферные частицы имеют в основном один или два размера соизмеримые с ядрами Айткена. Эти частицы могут в течении длительного времени витать стратосфере, потом встречаться друг с другом, коагулироваться и оседать (процесс длиться несколько лет).

Антропогенное загрязнение включает в себя:

1. механическое загрязнение в виде веществ в твердом, жидком и газообразном состоянии;

2. физическое загрязнение атмосферы включает в себя:

· тепловое в виде выбросов нагретых газов;

· световое – ухудшает естественное освещение (смог);

· шумовое (стук колес, сирена);

· электромагнитное (изменение свойств воздушной среды от линий электропередач, радиоволн и ТВ);

· радиоактивное (радиоактивность атмосферы);

3. биологическое загрязнение, связанное с размножением микроорганизмов и бактерий.

В промышленности почти все технологические процессы связаны с дроблением твердых материалов (производство цемента, обработка древесины, металлургия, машиностроение), либо с воздействием внешних, направленных на твердое тело, усилий, сопровождающихся выделением в ОС частиц различных размеров.

Рождение пылевых частиц в технологическом процессе называется пылеобразованием, а технологическое оборудование, участвующее в этом процессе, называется источником пылевыделений.

После образования пылевой аэрозоль под воздействием воздушных или газовых потоков переходит во взвешенное состояние и образуется аэродисперсная система, включающая в себя твердую фазу (пылевой аэрозоль) и газовую дисперсионную среду. Процесс образования пылевого аэрозоля называется пылевыделением, т.е. выход твердых частиц из сырьевого материала в ОС.

Кроме пылевого аэрозоля различают другую форму – порошок – аэродисперсная система, включающая в себя газовую дисперсионную среду и твердую дисперсную фазу в виде частиц с радиусом R≤ 10^-7м, который равен пути пробега молекулы.

Жидкостный аэрозоль образуется в результате распыливания – дробления струй или пленок жидкости на большое число капель с последующим распределением их в пространстве. Подразделяется на:

· капельные аэрозоли d_к > 500мкм;

· туманы – монодисперсные системы, состоящие из капель d_к = 10÷300мкм, диспергированных в газовую среду. При больших концентрациях частиц выпадают в ОС в виде хлопьев;

· пар – монодисперсная система, состоящая из жидких частиц, размеры которых соизмеримы с размерами молекул и диспергированных в газовую среду;

· пена (слой или аэрозоль) – аэродинамическая система, состоящая из газа, диспергированного в жидкость.

Дата добавления: 2014-12-16