Описание существующих методов очистки воздуха от вредных газообразных примесей
      В настоящее время разработано и опробовано в промышленности большое количество различных методов очистки газов от технических загрязнений: NOx, SO2, H2S, NH3, оксида углерода, различных органических и неорганических веществ.
Опишем эти основные методы и укажем их преимущества и недостатки.
Абсорбционный метод
Абсорбция представляет собой процесс растворения газообразного компонента в жидком растворителе. Абсорбционные системы разделяют на водные и неводные. Во втором случае применяют обычно малолетучие органические жидкости. Жидкость используют для абсорбции только один раз или же проводят ее регенерацию, выделяя загрязнитель в чистом виде. Схемы с однократным использованием поглотителя применяют в тех случаях, когда абсорбция приводит непосредственно к получению готового продукта или полупродукта. В качестве примеров можно назвать:
•    получение минеральных кислот (абсорбция SO3 в производстве серной кислоты, абсорбция оксидов азота в производстве азотной кислоты);
•    получение солей (абсорбция оксидов азота щелочными растворами с получением нитрит-нитратных щелоков, абсорбция водными растворами извести или известняка с получением сульфата кальция);
•    других веществ (абсорбция NH3 водой для получения аммиачной воды и др.).
      Схемы с многократным использованием поглотителя (циклические процессы) распространены шире. Их применяют для улавливания углеводородов, очистки от SO2 дымовых газов ТЭС, очистки вентгазов от сероводорода железно-содовым методом с получением элементарной серы , моноэтаноламиновой очистки газов от CO2 в азотной промышленности.
      В зависимости от способа создания поверхности соприкосновения фаз различают поверхностные, барботажные и распыливающие абсорбционные аппараты.
В первой группе аппаратов поверхностью контакта между фазами является зеркало жидкости или поверхность текучей пленки жидкости. Сюда же относят насадочные абсорбенты, в которых жидкость стекает по поверхности загруженной в них насадки из тел различной формы.
Во второй группе абсорбентов поверхность контакта увеличивается благодаря распределению потоков газа в жидкость в виде пузырьков и струй. Барботаж осуществляют путем пропускания газа через заполненный жидкостью аппарат либо в аппаратах колонного типа с тарелками различной формы.
В третьей группе поверхность контакта создается путем распыления жидкости в массе газа. Поверхность контакта и эффективность процесса в целом определяется дисперсностью распыленной жидкости.
    Наибольшее распространение получили насадочные (поверхностные) и барботажные тарельчатые абсорберы. Для эффективного применения водных абсорбционных сред удаляемый компонент должен хорошо растворяться в абсорбционной среде и часто химически взаимодействовать с водой, как, например, при очистке газов от HCl, HF, NH3, NO2. Для абсорбции газов с меньшей растворимостью (SO2, Cl2, H2S) используют щелочные растворы на основе NaOH или Ca(OH)2. Добавки химических реагентов во многих случаях увеличивают эффективность абсорбции благодаря протеканию химических реакций в пленке. Для очистки газов от углеводородов этот метод на практике используют значительно реже, что обусловлено, прежде всего, высокой стоимостью абсорбентов. Общими недостатками абсорбционных методов является образование жидких стоков и громоздкость аппаратурного оформления.
Адсорбционный метод
    Адсорбционный метод являются одним из самых распространенных средств защиты воздушного бассейна от загрязнений. Только в США введены и успешно эксплуатируются десятки тысяч адсорбционных систем. Основными промышленными адсорбентами являются активированные угли, сложные оксиды и импрегнированные сорбенты. Активированный уголь (АУ) нейтрален по отношению к полярным и неполярным молекулам адсорбируемых соединений. Он менее селективен, чем многие другие сорбенты, и является одним из немногих, пригодных для работы во влажных газовых потоках. Активированный уголь используют, в частности, для очистки газов от дурно пахнущих веществ, рекуперации растворителей и т.д.
Оксидные адсорбенты (ОА) обладают более высокой селективностью по отношению к полярным молекулам в силу собственного неоднородного распределения электрического потенциала. Их недостатком является снижение эффективности в присутствии влаги. К классу ОА относят силикагели, синтетические цеолиты, оксид алюминия.
    Можно выделить следующие основные способы осуществления процессов адсорбционной очистки:
•    После адсорбции проводят десорбцию и извлекают уловленные компоненты для повторного использования. Таким способом улавливают различные растворители, сероуглерод в производстве искусственных волокон и ряд других примесей.
•    После адсорбции примеси не утилизируют, а подвергают термическому или каталитическому дожиганию. Этот способ применяют для очистки отходящих газов химико-фармацевтических и лакокрасочных предприятий, пищевой промышленности и ряда других производств. Данная разновидность адсорбционной очистки экономически оправдана при низких концентрациях загрязняющих веществ и (или) многокомпонентных загрязнителей.
•    После очистки адсорбент не регенерируют, а подвергают, например, захоронению или сжиганию вместе с прочно хемосорбированным загрязнителем. Этот способ пригоден при использовании дешевых адсорбентов.
Для десорбции примесей используют нагревание адсорбента, вакуумирование, продувку инертным газом, вытеснение примесей более легко адсорбирующимся веществом, например, водяным паром. В последнее время особое внимание уделяют десорбции примесей путем вакуумирования, при этом их часто удается легко утилизировать.
       Для проведения процессов адсорбции разработана разнообразная аппаратура. Наиболее распространены адсорберы с неподвижным слоем гранулированного или сотового адсорбента. Непрерывность процессов адсорбции и регенерации адсорбента обеспечивается применением аппаратов с кипящим слоем.
В последние годы все более широкое применение получают волокнистые сорбционно-активные материалы. Мало отличаясь от гранулированных адсорбентов по своим емкостным характеристикам, они значительно превосходят их по ряду других показателей. Например, их отличает более высокая химическая и термическая стойкость, однородность пористой структуры, значительный объем микропор и более высокий коэффициент массопередачи (в 10-100 раз больше, чем у сорбционных материалов). Установки, в которых используются волокнистые материалы, занимают значительно меньшую площадь. Масса адсорбента при использовании волокнистых материалов меньше, чем при использовании АУ в 15-100 раз, а масса аппарата в 10 раз. Сопротивление слоя не превышает при этом 100 Па.
Повысить технико-экономические показатели существующих процессов удается также путем оптимальной организации стадии десорбции, например, за счет программированного подъема температуры.
      Следует отметить эффективность очистки на активированных углях сотовой (ячеистой) структуры, обладающих улучшенными гидравлическими характеристиками. Такие сорбенты могут быль получены нанесением определенных композиций с порошком АУ на вспененную синтетическую смолу или вспениванием смеси заданного состава, содержащей АУ, а также выжиганием наполнителя из смеси, включающей АУ вместе со связующим.
Еще одним направлением усовершенствования адсорбционных методов очистки является разработка новых модификаций адсорбентов – силикагелей и цеолитов, обладающих повышенной термической и механической прочностью. Однако гидрофильность этих адсорбентов затрудняет их применение.
Наибольшее распространение получили адсорбционные методы извлечения из отходящих газов растворителей, в том числе хлорорганических. Это связано с высокой эффективностью процесса очистки газов (95-99%), отсутствием химических реакций образования вторичных загрязнителей, быстрой окупаемостью рекуперационных установок (обычно 2-3 года) благодаря повторному использованию растворителей и длительным (до 10 лет) сроком службы АУ. Ведутся активные работы по адсорбционному извлечению из газов оксидов серы и азота.
     Адсорбционные методы являются одним из самых распространенных в промышленности способов очистки газов. Их применение позволяет вернуть в производство ряд ценных соединений. При концентрациях примесей в газах более 2-5 мг/м3, очистка оказывается даже рентабельной. Основной недостаток адсорбционного метода заключается в большой энергоемкости стадий десорбции и последующего разделения, что значительно осложняет его применение для многокомпонентных смесей.
Термическое дожигание
      Дожигание представляет собой метод обезвреживания газов путем термического окисления различных вредных веществ, главным образом органических, в практически безвредных или менее вредных, преимущественно СО2 и Н2О. Обычные температуры дожигания для большинства соединений лежат в интервале 750-1200 oC. Применение термических методов дожигания позволяет достичь 99%-ной очистки газов.
При рассмотрении возможности и целесообразности термического обезвреживания необходимо учитывать характер образующихся продуктов горения. Продукты сжигания газов, содержащих соединения серы, галогенов, фосфора, могут превосходить по токсичности исходный газовый выброс. В этом случае необходима дополнительная очистка. Термическое дожигание весьма эффективно при обезвреживании газов, содержащих токсичные веществав виде твердых включений органического происхождения (сажа, частицы углерода, древесная пыль и т.д.).
    Важнейшими факторами, определяющими целесообразность термического обезвреживания, являются затраты энергии (топлива) для обеспечения высоких температур в зоне реакции, калорийность обезвреживаемых примесей, возможность предварительного подогрева очищаемых газов. Повышение концентрации дожигаемых примесей ведет к значительному снижению расхода топлива. В отдельных случаях процесс может протекать в автотермическом режиме, т. е. рабочий режим поддерживается только за счет тепла реакции глубокого окисления вредных примесей и предварительного подогрева исходной смеси отходящими обезвреженными газами.
    Принципиальную трудность при использовании термического дожигания создает образование вторичных загрязнителей, таких как оксиды азота, хлор, SO2 и др.
Термические методы широко применяются для очистки отходящих газов от токсичных горючих соединений. Разработанные в последние годы установки дожигания отличаются компактностью и низкими энергозатратами. Применение термических методов эффективно для дожигания пыли многокомпонентных и запыленных отходящих газов.
Термокаталитические методы
        Каталитические методы газоочистки отличаются универсальностью. С их помощью можно освобождать газы от оксидов серы и азота, различных органических соединений, монооксида углерода и других токсичных примесей. Каталитические методы позволяют преобразовывать вредные примеси в безвредные, менее вредные и даже полезные. Они дают возможность перерабатывать многокомпонентные газы с малыми начальными концентрациями вредных примесей, добиваться высоких степеней очистки, вести процесс непрерывно, избегать образования вторичных загрязнителей. Применение каталитических методов чаще всего ограничивается трудностью поиска и изготовления пригодных для длительной эксплуатации и достаточно дешевых катализаторов. Гетерогенно-каталитическое превращение газообразных примесей осуществляют в реакторе, загруженном твердым катализатором в виде пористых гранул, колец, шариков или блоков со структурой, близкой к сотовой. Химическое превращение происходит на развитой внутренней поверхности катализаторов, достигающей 1000 м2/г.
       В качестве эффективных катализаторов, находящих применение на практике, служат самые различные вещества – от минералов, которые используются почти без всякой предварительной обработки, и простых массивных металлов до сложных соединений заданного состава и строения. Обычно каталитическую активность проявляют твердые вещества с ионными или металлическими связями, обладающие сильными межатомными полями. Одно из основных требований, предъявляемых к катализатору - устойчивость его структуры в условиях реакции. Например, металлы не должны в процессе реакции превращаться в неактивные соединения.
      Современные катализаторы обезвреживания характеризуются высокой активностью и селективностью, механической прочностью и устойчивостью к действию ядов и температур. Промышленные катализаторы, изготавливаемые в виде колец и блоков сотовой структуры, обладают малым гидродинамическим сопротивлением и высокой внешней удельной поверхностью.
Наибольшее распространение получили каталитические методы обезвреживания отходящих газов в неподвижном слое катализатора. Можно выделить два принципиально различных метода осуществления процесса газоочистки - в стационарном и в искусственно создаваемом нестационарном режимах.
1. Стационарный метод.
      Приемлемые для практики скорости химических реакций достигаются на большинстве дешевых промышленных катализаторов при температуре 200-600 oC. После предварительной очистки от пыли (до 20 мг/м3) и различных каталитических ядов (As,Cl2 и др.), газы обычно имеют значительно более низкую температуру.
Подогрев газов до необходимых температур можно осуществлять за счет ввода горячих дымовых газов или с помощью электроподогревателя. После прохождения слоя катализатора очищенные газы выбрасываются в атмосферу, что требует значительных энергозатрат. Добиться снижения энергозатрат можно, если тепло отходящих газов использовать для нагревания газов, поступающих в очистку. Для нагрева служат обычно рекуперативные трубчатые теплообменники.
При определенных условиях, когда концентрация горючих примесей в отходящих газах превышает 4-5 г/м3, осуществление процесса по схеме с теплообменником позволяет обойтись без дополнительных затрат.
     Такие аппараты могут эффективно работать только при постоянных концентрациях (расходах) или при использовании совершенных систем автоматического управления процессом.
      Эти трудности удается преодолеть, проводя газоочистку в нестационарном режиме.
2. Нестационарный метод ( реверс-процесс).
     Реверс-процесс предусматривает периодическое изменение направлений фильтрации газовой смеси в слое катализатора с помощью специальных клапанов. Процесс протекаетследующим образом. Слой катализатора предварительно нагревают до температуры, при которой каталитический процесс протекает с высокой скоростью. После этого в аппарат подают очищенный газ с низкой температурой, при которой скорость химического превращения пренебрежимо мала. От прямого контакта с твердым материалом газ нагревается, и в слое катализатора начинает с заметной скоростью идти каталитическая реакция. Слой твердого материала (катализатора), отдавая тепло газу, постепенно охлаждается до температуры, равной температуре газа на входе. Поскольку в ходе реакции выделяется тепло, температура в слое может превышать температуру начального разогрева. В реакторе формируется тепловая волна, которая перемещается в направлении фильтрации реакционной смеси, т.е. в направлении выхода из слоя. Периодическое переключение направления подачи газа на противоположное позволяет удержать тепловую волну в пределах слоя как угодно долго.
    Преимущество этого метода в устойчивости работы при колебаниях концентраций горючих смесей и отсутствие теплообменников.
Основным направлением развития термокаталитических методов является создание дешевых катализаторов, эффективно работающих при низких температурах и устойчивых к различным ядам, а также разработка энергосберегающих технологических процессов с малыми капитальными затратами на оборудование. Наиболее массовое применение термокаталитические методы находят при очистке газов от оксидов азота, обезвреживании и утилизации разнообразных сернистых соединений, обезвреживания органических соединений и СО.
    Для концентраций ниже 1 г/м3 и больших объемов очищаемых газов использование термокаталитического метода требует высоких энергозатрат, а также большого количества катализатора.
Озонные методы
    Озонные методы применяют для обезвреживания дымовых газов от SO2(NOx) и дезодорации газовых выбросов промышленных предприятий. Введение озона ускоряет реакции окисление NO до NO2 и SO2 до SO3. После образования NO2 и SO3 в дымовые газы вводят аммиак и выделяют смесь образовавшихся комплексных удобрений (сульфата и нитрата аммония). Время контакта газа с озоном, необходимое для очистки от SO2 (80-90%) и NOx (70-80%)составляет 0,4 – 0,9 сек. Энергозатраты на очистку газов озонным методом оценивают в 4-4,5% от эквивалентной мощности энергоблока, что является, по-видимому, основной причиной, сдерживающей промышленное применение данного метода.
    Применение озона для дезодорации газовых выбросов основано на окислительном разложении дурно пахнущих веществ. В одной группе методов озон вводят непосредственно в очищаемые газы, в другой газы промывают предварительно озонированной водой. Применяют также последующее пропускание озонированного газа через слой активированного угля или подачуего на катализатор. При вводе озона и последующем пропускании газа через катализатор температура превращения таких веществ как амины, ацетальдегид, сероводород и др.понижается до 60-80 oC. В качестве катализатора используют как Pt/Al2O3, так и оксиды меди, кобальта, железа на носителе. Основное применение озонные методы дезодорации находят при очистке газов, которые выделяются при переработке сырья животного происхождения на мясо- (жиро-)комбинатах и в быту.
Биохимические методы
     Биохимические методы очистки основаны на способности микроорганизмов разрушать и преобразовывать различные соединения. Разложение веществ происходит под действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами в среде очищаемых газов. При частом изменении состава газа микроорганизмы не успевают адаптироваться для выработки новых ферментов, и степень разрушения вредных примесей становится неполной. Поэтому биохимические системы более всего пригодны для очистки газов постоянного состава.
Биохимическую газоочистку проводят либо в биофильтрах, либо в биоскрубберах. В биофильтрах очищаемый газ пропускают через слой насадки, орошаемый водой, которая создает влажность, достаточную для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов. Поверхность насадки покрыта биологически активной биопленкой (БП) из микроорганизмов.
    Микроорганизмы БП в процессе своей жизнедеятельности поглощают и разрушают содержащиеся в газовой среде вещества, в результате чего происходит рост их массы. Эффективность очистки в значительной мере определяется массопереносом из газовой фазы в БП и равномерным распределением газа в слое насадки. Такого рода фильтры используют, например, для дезодорации воздуха. В этом случае очищаемый газовый поток фильтруется в условиях прямотока с орошаемой жидкостью, содержащей питательные вещества. После фильтра жидкость поступает в отстойники и далее вновь подается на орошение.
В настоящее время биофильтры используют для очистки отходящих газов от аммиака, фенола, крезола, формальдегида, органических растворителей покрасочных и сушильных линий, сероводорода, метилмеркаптана и других сероорганических соединений.
К недостаткам биохимических методов следует отнести:
•    низкую скорость биохимических реакций, что увеличивает габариты оборудования;
•    специфичность (высокую избирательность) штаммов микроорганизмов, что затрудняет переработку многокомпонентных смесей;
•    трудоемкость переработки смесей переменного состава.
Плазмохимические методы
      Плазмохимический метод основан на пропускании через высоковольтный разряд воздушной смеси с вредными примесями. Используют, как правило, озонаторы на основе барьерных, коронных или скользящих разрядов, либо импульсные высокочастотные разряды на электрофильтрах. Проходящий низкотемпературную плазму воздух с примесями подвергается бомбардировке электронами и ионами. В результате в газовой среде образуется атомарный кислород, озон, гидроксильные группы, возбуждённые молекулы и атомы, которые и участвуют в плазмохимических реакциях с вредными примесями. Основные направления по применению данного метода идут по удалению SO2, NOx и органических соединений. Использование аммиака, при нейтрализации SO2 и NOx, дает на выходе после реактора порошкообразные удобрения (NH4)2SO4 и NH4NH3, которые фильтруются.
Недостатком данного метода являются:
•    недостаточно полное разложение вредных веществ до воды и углекислого газа, в случае окисления органических компонентов, при приемлимых энергиях разряда
•    наличие остаточного озона, который необходимо разлагать термически либо каталитически
•    существенная зависимость от концентрации пыли при использовании озонаторов с применением барьерного разряда.
Плазмокаталитический метод
      Это довольно новый способ очистки, который использует два известных метода – плазмохимический и каталитический. Установки, работающие на основе этого метода, состоят из двух ступеней. Первая – это плазмохимический реактор (озонатор), вторая - каталитический реактор. Газообразные загрязнители, проходя зону высоковольтного разряда в газоразрядных ячейках и взаимодействуя с продуктами электросинтеза, разрушаются и переходят в безвредные соединения, вплоть до CO2 и H2O. Глубина конверсии (очистки) зависит от величины удельной энергии, выделяющейся в зоне реакции. После плазмохимического реактора воздух подвергается финишной тонкой очистке в каталитическом реакторе. Синтезируемый в газовом разряде плазмохимического реактора озон попадает на катализатор, где сразу распадается на активный атомарный и молекулярный кислород. Остатки загрязняющих веществ (активные радикалы, возбужденные атомы и молекулы), не уничтоженные в плазмохимическом реакторе, разрушаются на катализаторе благодаря глубокому окислению кислородом.
     Преимуществом этого метода являются использование каталитических реакций при температурах, более низких (40-100 oC), чем при термокаталитическом методе, что приводит к увеличению срока службы катализаторов, а также к меньшим энергозатратам (при концентрациях вредных веществ до 0,5 г/м3.).
Недостатками данного метода являются:
•    большая зависимость от концентрации пыли, необходимость предварительной очистки до концентрации 3-5 мг/м3,
•    при больших концентрациях вредных веществ(свыше 1 г/м3) стоимость оборудования и эксплуатационные расходы превышают соответствующие затраты в сравнении с термокаталитическим методом
Фотокаталитический метод
      Сейчас широко изучается и развивается фотокаталитический метод окисления органических соединений. В основном при этом используются катализаторы на основе TiO2, которые облучаются ультрафиолетом. Известны бытовые очистители воздуха японского производства, использующие этот метод. Недостатком метода является засорение катализатора продуктами реакции. Для решения этой задачи используют введение в очищаемую смесь озона, однако данная технология применима для ограниченного состава органических соединений и при небольших концентрациях.

 
       «Газочистка – процесс выделения из газов содержащихся в них примесей: ценных, т.е. таких, которые могут быть использованы отдельно от газов, ненужных или нежелательных при использовании данных газов, либо вредных в каком-нибудь отношении. Нередко газоочистка преследует не одну, а две–три цели. Особенно часто наряду с задачей использования ценных примесей, содержащихся в газе, ставится и задача обезвреживания его перед выбросом в атмосферу».
С незначительными изменениями это определение газоочистки, данное более полувека назад, повторяется в современных специальных изданиях, авторы которых убеждены, что точнее и лаконичнее не скажешь. Действительно, с технологической стороны это определение можно считать безукоризненным, но нельзя назвать его исчерпывающим, поскольку очистка газов от вредных примесей перед их выбросом в атмосферу представлена здесь как нечто побочное, второстепенное. Между тем, сегодня охрана воздушной среды от загрязнений промышленными выбросами является важной общечеловеческой задачей, входящей в комплекс задач глобальной проблемы охраны природы и улучшения использования природных ресурсов. Без развития газоочистительной техники решение этой проблемы – проблемы экологической безопасности – невозможно. Поэтому, прежде чем обратиться к истории развития собственно пылегазоочистки, сделаем небольшой экскурс в историю экологии...
       В 1749 г. в своей диссертации «Экономия природы» шведский натуралист Карл Линней (1707–1778) одним из первых дал определение целей и задач новой науки – экологии, у которой в то время не было еще и названия. Под заголовком «Благоустроение природы» эта работа появилась на русском языке в 1779 г. в журнале «Академические известия, содержащие в себе историю наук и новейшие открытия оных». Предполагается, что перевод сделал Матфей Афонин – ученик Карла Линнея, первый русский профессор земледелия. Выдвигая основные положения будущей науки, Карл Линней писал: «Я едва ли кого-либо в сем предмете, сколь мне известно, нахожу себе предшественников. Но приступая к сим столь обширным и глубоким положениям, во изумление прихожу, видя, что на довольное о вещах познание, служащее к изъяснению оных, не одна, но многие человеческие жизни и опыты неисчетных почти веков потребны. Доволен я и тем, ежели слабым моим испытанием потомкам только путь к оным открою, который едва ли кем измерен быть может».
      Таким образом, Карл Линней пророчески определил перспективность новой науки. О роли среды в жизни организмов в своих многочисленных трудах писал знаменитый французский биолог Ж.Б.Ламарк (1744–1829), создавший первую целостную концепцию эволюции живой природы и одним из первых внедривший в науку термин «биология». В 1863 г. в США была опубликована книга Д.П.Марша «Человек и природа, или о влиянии человека на изменения физико-географических условий природы», в которой впервые обращалось внимание на то, как хозяйственная деятельность человека влияет на природу. На русский язык книга Марша была переведена уже в 1868 г., а США ее второе издание вышло только в 1965 г., спустя сто лет после первого издания. И это не удивительно, учитывая то, что писал автор: «Пример Соединенных Штатов свидетельствует, что частные корпорации, деятельностью которых руководит не совесть, а один только интерес, могут сделаться крайне опасными врагами разумной свободы, нравственных интересов общества, чистоты законодательства и правосудия».
 
     После появления диссертации Карла Линнея «Экономия природы» прошло свыше ста лет, прежде чем немецкий биолог, профессор Иенского университета Эрнст Геккель (1834–1919) дал новой науке ныне существующее название – экология. В 1866 г. в работе «Всеобщая морфология организмов» он так писал о взаимоотношениях животного и растительного мира с окружающей природной средой: «Под экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы; изучение совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической. К сожалению, нам в большинстве случаев совершенно не известны эти крайне запутанные взаимоотношения, так как им до сих пор почти не уделялось внимания. Открывается огромная, столь же весьма интересная, сколь и чрезвычайно важная область для дальнейших исследований. Экология, или наука об экономии природы, до сих пор почти не фигурировала в научной литературе, но сулит блестящие и самые неожиданные плоды».
В 1868 г. работу Эрнста Геккеля «Всеобщая морфология организмов» перевел на русский язык известный физиолог, лауреат Нобелевской премии И.И.Мечников (1845–1916), однако потребовались годы, чтобы термин «экология» прижился на русской почве. Одно время резким противником нового термина был известный русский физиолог и естествоиспытатель А.К.Тимирязев (1843–1920), считавший, что этот раздел биологии «лучше называть привычным словом «экономика» – экономика растений, экономика животных». Однако позднее он принял новый термин и в частности писал: «Придавая главное значение явлениям приспособления, прилаживания организма к условиям его существования, мы тем самым признаем основным принципом биологического прогресса – пользу того или иного свойства, – принцип в основе экономический, почему Геккель и был прав, предложив для всей этой области биологии, создавшейся благодаря Дарвину, новое название – экология».
      Учение о доме, о жилище – так в переводе с греческого объясняется слово «экология». Существует большое количество определений этой науки, самое лаконичное из которых: «Экология – наука, изучающая взаимоотношения организма с окружающей средой». В двадцатом столетии, в связи с усилившимся воздействием человека на природу и загрязнением окружающей среды, это название получило новое значение, появились такие понятия, как экологический кризис, экологическая катастрофа, экоцид – т.е. преднамеренное разрушение среды обитания всего живого. Экология стала целой областью знаний, охватывающей естественные, общественные и производственные явления. Она перестала быть чисто биологической наукой, а заняла свое почетное место среди прочих фундаментальных и прикладных наук, таких как математика, физика, химия и т.д., экология во многом стала определять техническое и промышленное развитие человечества.
В 1911 г. русский ученый В.И.Вернадский (1863–1945), создатель научной школы, многие работы которого были посвящены проблемам охраны окружающей среды, употребил термин «биосфера», впервые прозвучавший еще в 1800 г. в современном понимании – как «область существования живого вещества». В 1927 г. французский философ Э.Леруа ввел в обиход термин «ноосфера» – для обозначения оболочки Земли, включающей человеческое общество и плоды его деятельности. Но современное понимание ноосферы, предусматривающее оптимальное сочетание технической деятельности человека и охраны природы, было разработано В.И.Вернадским. По его определению, ноосфера (буквально: мыслящая оболочка) – сфера разума, высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и развитием в ней мыслящего человека: «он, как и всё живое, может мыслить и действовать в планетном аспекте только в области жизни – в биосфере, в определенной земной оболочке, с которой он неразрывно связан и уйти из которой не может. Его существование есть его функция».
 
        В 1920 г. в США вышел первый номер научного журнала «Экология». Через десять лет «Журнал экологии» начинает издаваться в Англии. Еще через год, в 1931 г., первый экологический журнал – «Журнал экологии и биоценологии» – начинает выходить в СССР. В 1953 г. американский эколог Ю.Одум издает книгу «Основы экологии», которая расходится буквально по всему миру, переводится на русский язык. В заключительной главе «На пути к прикладной экологии человека» автор писал: «Настало время, когда человек должен управлять своей собственной популяцией так же, как ресурсами, от которых он зависит, потому что впервые за свою недолгую историю он столкнулся с предельными, а не просто с локальными ограничениями. Таким образом, управление экосистемой и прикладная экология человека стали новыми предметами, которые требуют слияния множества дисциплин и целей, выступающих до настоящего времени независимо друг от друга».
Касаясь дискуссии о регуляции роста населения, автор сделал вывод, что две противоположные точки зрения сводятся к следующему: проблемы населения и загрязнения можно решить техническими средствами; для дилеммы населения и загрязнения технического решения не существует; необходимы этические, законодательные, политические и экономические ограничения.
«Эколог считает, что верны обе точки зрения, но ни одна из них сама по себе не может служить основой для выработки программы и установления целей или практических целей. Если мы хотим претворить в жизнь первое утверждение, то необходимо принять второе».
Как видим, американский ученый не отделяет от экологии разработку технических средств охраны окружающей среды. Этой же позиции придерживаются и многие российские экологи. А между тем, как уже отмечалось выше, в работах ученых и инженеров, занимающихся проблемами промышленной и санитарной очистки газов, редко присутствует экологический аспект, нет экологического, т.е. более глубокого осмысление этих проблем.
В книге с красноречивым названием «До того как умрет природа» французский ученый-эколог Жан Дорст писал: «Самое опасное, чтобы homo faber, человек-ремесленник, не уничтожил homo sapiens, человека думающего». Добавим от себя, что первым шагом к этой трагедии будет игнорирование человечеством, в погоне за ростом производства, экологической безопасности, что, в конечном итоге, приведет к уничтожению не только homo sapiens, но и homo faber.
В 1990 г. в Москве вышел словарь-справочник Н.Ф.Реймерса «Природопользование», в предисловии к которому сказано: «Существует тенденция смешивать природопользование в целом с охраной природы и окружающей человека среды, т.е. с одним из важнейших, но отнюдь не исчерпывающих его предмет разделов». Далее приведена рубрикация предмета природопользования, в разделе «Охрана окружающей человека среды» названы следующие рубрики: «Химическое загрязнение окружающей человека среды. Факторы и источники загрязнения, контроль загрязнений. Вещества и материалы, загрязняющие среду жизни. Влияние промышленности, транспорта, связи, сельского, лесного, водного хозяйства и прочих областей социальной деятельности на окружающую человека среду. Отходы, их обезвреживание и использование. Малоотходная технология. Загрязнение природных компонентов (литосферы, почвы, атмосферы, вод суши и океана, растительности, животных). Загрязнение пищевых компонентов (продуктов питания, питьевой воды и т.п.)».
Ответные удары на негативные воздействия природа наносит человечеству пусть не сразу, но непременно. Первоочередно это касается и загрязнения атмосферы.
      Таким образом, газоочистка – это практическая отрасль экологии. В экологической литературе все чаще употребляются термины, которые так или иначе связаны с проблемами газоочистки:
– антропогенное загрязнение – загрязнение, возникающее в результате хозяйственной деятельности;
– экосовместимость техники – способность технических устройств наносить окружающей среде минимальный ущерб;
– экотехнология – технология, построенная по типу процессов, характерных для природы;
– технология малоотходная – технология, позволяющая получать минимум твердых, жидких, газообразных, тепловых отходов и выбросов и нуждающаяся в каскаде реутилизации;
– реутилизация – использование производственных отходов в качестве исходного продукта для другого производства;
– техносфера – часть атмосферы, коренным образом преобразованная человеком в технические и техногенные объекты.
         В структуре современной экологии десятки экологических дисциплин: химическая и радиационная экология, геоэкология и биоэкология, палеоэкология и экология человека, экология экосистем и систематическая экология, биоэкология и социальная экология. Причем почти каждая из этих дисциплин состоит из отдельных, более узких дисциплин, которые тоже имеют свои подразделения. Так, экология экосистем включает в себя, помимо прочих дисциплин, экологию биосферы, в которую входят экологии гидросферы и атмосферы. В социальную экологию входят, помимо экологического права, экологии культуры, экологической политики и экологической экономики, промышленная (инженерная) экология – наука о взаимном влиянии промышленности на природу. Из кабинетной науки экология превратилась в злободневную, жизненно важную отрасль знаний, имеющую огромное практическое значение, – сохранение окружающей среды. Но решение этой проблемы невозможно без развития соответствующих направлений техники и промышленности. Так возникло новое понятие «экотехника» – прикладная дисциплина, исследующая взаимодействие экосистем и человека, его культуры и техники в процессе развития биосферы. Экотехникой называются также технические меры, средства и устройства для сохранения и восстановления окружающей человека среды. Газоочистка, занимающаяся защитой воздушного бассейна от загрязнений и находящаяся на пересечении экологии атмосферы и промышленной экологии, является одним из направлений экотехники. Экотехника воздушной среды – так можно осовременить термин «газоочистка», собственная история которой насчитывает столетия.
        При разработке газоочистного оборудования специалисты оперируют множеством математических формул, объясняющих процессы, происходящие в аппаратах механической фильтрации, инерционной, мокрой и электрической очистки газов. Если попытаться вывести общую формулу газоочистки, то она может звучать так: разница между объемом промышленных выбросов в атмосферу и количеством уловленных отходов должна стремиться к нулю:

        Ежедневно в атмосферу Земли продолжает поступать такое количество отходов, которое в конечном итоге неминуемо приведет человечество к глобальной экологической катастрофе. В этой ситуации значение газоочистки возрастает по нарастающей. Другой вопрос – достаточное ли внимание уделяется этой отрасли науки и техники?
       Ведущими отраслями промышленности, где без газоочистительного оборудования не обойтись, являются энергетика, промышленность строительных материалов, черная и цветная металлургия, химическая и нефтеперерабатывающая промышленность. Коротко оценим влияние на экологию каждой из этих отраслей.
 
 
       Энергетика. Когда речь заходит об энергетике, на память невольно приходит план ГОЭЛРО, по которому предусматривалось за 10–15 лет соорудить 30 крупных электростанций общей мощностью 1750 тысяч киловатт. Много это или мало? В наиболее благоприятный для России 1913 г. мощность всех электростанций России составляла около 400 тысяч киловатт, а выработка электроэнергии – примерно 2 миллиарда киловатт-часов в год. (Накануне развала Советского Союза мощность всех его электростанций составляла около 1500 миллиардов киловатт-часов, то есть произошло увеличение мощности в 800 раз.)
До революции крупных электростанций в России было всего около десятка. Таким образом, по плану ГОЭЛРО мощность и количество электростанций должно было увеличиться примерно в 3 раза.
       Для нас представляет интерес то, что из 30 запланированных электростанций – 20 теплоэнергостанций (ТЭС), работавших на угле, сланце, торфе. Тогда о вредных выбросах в атмосферу еще не думали, но сегодня эту проблему уже не проигнорируешь. Однако теплоэлектростанции по-прежнему выдают по разным сведениям около 70–80 % электрической энергии. И это при огромных гидроресурсах России и уникальном опыте возведения гигантских гидроэлектростанций. Всё это дает основание утверждать, что в ближайшее время, несмотря на продолжающееся строительство ГЭС и АЭС, теплоэлектростанции останутся одними из главных производителей электроэнергии. Соответственно не должно ослабнуть внимание и к обязательному атрибуту теплоэлектростанций – пылеулавливающему оборудованию.
Еще более экономичнее, чем ТЭС, являются ТЭЦ – теплоэлектроцентрали, которые снабжают потребителей не только электричеством, но и теплом, имея коэффициент полезного действия примерно в полтора раза больше. Академик В.А.Кириллин писал в статье о перспективах развития отечественной энергетики:
«Еще в 1924 году в Ленинграде была создана первая система централизованного теплоснабжения от электростанции. В 1983 году теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) перекрывали 33 % потребностей тепла в стране. Свыше 800 городов и промышленных центров снабжаются теплом более чем 100 ТЭЦ. Теплофикация, наряду с экономией топлива, обеспечивает значительный экологический эффект. На ТЭЦ достигается высокая очистка продуктов сгорания от вредных примесей, уменьшается тепловое загрязнение водоемов, наконец, централизованное снабжение влечет за собой уменьшение числа мелких котельных, где не может быть обеспечена высокая степень экологической очистки».
     Но не всё так гладко, как пишет академик. Считается, что тепловые ГРЭС – государственные районные электростанции – остаются наиболее рентабельными энергетическими сооружениями, однако нельзя сбрасывать со счетов, что они потребляют невозобновляемые топливные ресурсы и загрязняют атмосферу вредными выбросами – пылью, сернистыми и азотистыми газами.
     В процессе сжигания твердого или жидкого топлива котельные установки, тепловые электростанции, теплоэлектроцентрали выделяют в атмосферный воздух дым, который создает опасность для человека. При сжигании угля в топках котельных и электростанций в воздух поступают вместе с дымом сажа, сернистый газ, угарный газ и зола, представляющая собой негорючие минеральные примеси. Находящаяся в топливе сера полностью сгорает до сернистого газа. Некоторая его часть соединяется в воздухе с капельками влаги, превращаясь в серную кислоту. В малосернистой нефти и мазуте нет золы, при его сжигании воздух не загрязняется золой и пылью, но зато выделяют в 3 раза больше серного ангидрида. Отопительная система жилищ, потребляя 25 % топлива, выделяет в атмосферу более 30 % вредных веществ. Мелкие отопительные и технологические установки дают мало окислов азота, но выбрасывают в атмосферу большое количество продуктов неполного сгорания, особенно сажи. Хотя малые котельные используются сегодня всё реже, остаются проблемы с крупными ТЭС и ТЭЦ, которые требуют дорогостоящего газооочистного оборудования. И тут ничего не поделаешь. Главное, чтобы это оборудование было надежным и эффективным.
 
    Промышленность строительных материалов. Промышленность строительных материалов включает в себя асфальтобетонные заводы, заводы железобетонных изделий, кирпичные и цементные заводы и др. Сырьем для этих заводов служит песок, щебень, известковый порошок и др. В процессе получения асфальтовой массы щебень и известковый камень дробят, а затем сушат в специальных сушильных барабанах. Этот подготовительный процесс сопровождается большим пылевыделением. Кирпичные заводы и заводы железобетонных изделий также в основном загрязняют атмосферный воздух цементной и кварцсодержащей пылью. Очень большое загрязнение атмосферы производят цементные заводы. Основные технологические процессы этого производства – измельчение и термическая обработка шихт, полуфабрикатов и продуктов в потоках горячих газов, которые сопровождаются выбросом пыли в атмосферу. При работе вращающихся печей пылеунос достигает 8–25 % к весу сухого сырья, запыленность газа – 10-60 г/м3. Таким образом, четверть сырьевой массы, частично уже обожженной, выбрасывается в воздух. Этого нельзя допускать не только по санитарным нормам, но и по экономическим соображениям.
    Между тем промышленность строительных материалов и, в частности, цементная промышленность развивается всё возрастающими темпами. В связи с этим представляет интерес история создания цемента.
   В России в качестве активных минеральных добавок, придающих воздушной извести способность твердеть в воде, применяли пемзу, туф и толченый кирпич – «цемянку». Первое такое производство было налажено в Москве и существовало уже в начале XVIII в., при Петре I , широко развернувшем гидротехническое строительство. В 1824 г. англичанин Д.Аспдин взял патент на «Усовершенствованный способ производства искусственного камня». Из-за своего сходства с портландским камнем, добываемым возле города Портланда, этот искусственный камень стали называть портландцементом. Цемент в переводе с латинского – дробленый камень. Ныне портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного тонкого измельчения клинкера – смеси известняка и глины, полученной после обжига, – и необходимого количества гипса. Первый в России завод по производству портландцемента был построен в 1856 г. в Гродзеце, затем появились цементные заводы в Глухоозерске, Вольске, Подольске, Новороссийске и других городах. В 1958 г. производство цемента составляло 33,3 млн. тонн, увеличившись по сравнению с 1913 г. в 20 раз, в 1968 г. – 87,5 млн. тонн.
     В 1979 г. вышла книга Ф.Г.Банита и А.Д.Мальгина «Пылеулавливание и очистка газов в промышленности строительных материалов», в которой приведены подробные сведения об аэрозолях, выделяемых в атмосферу при производстве строительных материалов, излагается теория процессов, протекающих в газопылеулавливающих установках: циклонах, мокрых аппаратах, матерчатых фильтрах, электрофильтрах. Помимо информации об очистке газов в цементной промышленности рассматриваются вопросы обеспыливания на известковых и гипсовых заводах, на предприятиях стеновых материалов, на заводах кровельных и теплоизоляционных материалов, при производстве стекла, керамики, каолина, талька и графита.
    В книге приводится такой пример. При выпуске 1 тонны цемента из основных технологических агрегатов и транспортирующих механизмов при мокром способе производства выделяется 20–25 тыс. м3 аэрозолей, содержащих до 700 кг пыли, при сухом способе – 13–15 тыс. м3, включающих около 500 кг пыли.
Предназначенная для научных и инженерно-технических работников научно-исследовательских и проектных организаций, для инженерно-технических работников предприятий промышленности строительных материалов книга Ф.Г.Банита и Д.И.Мальгина – первого директора Семибратовского филиала НИИОГАЗ – не потеряла своей актуальности и сегодня.
    В 1987 г. Новороссийский научно-исследовательский и проектный институт по газоочистным сооружениям, технике безопасности и охране труда в промышленности строительных материалов (НИПИОТстром) выпустил обзорную информацию для служебного пользования «Пылеулавливание на цементных заводах в 1985 году». В обзоре дан анализ эксплуатации очистного оборудования по заводам и отрасли в целом, приводятся данные об оснащенности пылеулавливающими установками основных переделов производства. Обзор был подготовлен на основании данных 62 отечественных цементных заводов, на долю которых приходилось свыше 75 % производства цемента. Всего в это время в Советском Союзе, производившем около 100 млн. тонн цемента, было около 100 цементных заводов, и их всё равно не хватало для полного удовлетворения потребностей строительной промышленности.
 
    В 1985 г. на всех переделах цементного производства было уловлено пылеочистным оборудованием 24,1 млн. тонн сырья, клинкерной пыли и цемента, в том числе 20,7 % приходилось на готовый продукт. В связи с развалом СССР количество цементных заводов сократилось, но в последние годы спрос на цемент опять опережает его производство. А это, в принципе, означает, что теми же темпами должна возрастать и потребность в пылеулавливающем оборудовании.
   Черная металлургия
    Выше мы уже писали о том, что первый промышленный выброс в атмосферу связывают с возникновением металлургии. В Европе первый крупный металлургический завод, на котором работало около 100 человек, в 1700 г. основал шведский инженер Х.Полем. В России развитие промышленной металлургии связывают с именем Петра I . При нем за четверть века возникло свыше 100 мануфактур, в том числе металлургические, чугунолитейные и медеплавильные заводы. Выплавка чугуна поднялась с 2400 до 12800 тонн, а в середине XVIII в. составляла уже 32 тысячи тонн. За весь XVIII в. выплавка чугуна увеличилась в 66 раз. Всё возрастающими темпами металлургия развивалась и в дальнейшем. И с каждым годом всё острее становился вопрос о необходимости оснащения металлургических заводов газоочистительным оборудованием. Приводятся следующие цифры, как черная металлургия загрязняет атмосферу.
Для получения тонны чугунного литья перерабатывается 8–10 тонн различных сыпучих материалов: песок, сухая глина, угольная пыль и др. Выброс пыли в расчете на 1 тонну передельного чугуна составляет 4,5 кг, сернистого газа 2,7 кг и марганца 0,5–0,1 кг. Вместе с доменным газом в атмосферу выбрасываются соединения мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, пары ртути и редких металлов, цианистый водород и смолистые вещества. Пыль выбрасывается с вентиляционным воздухом из землеприготовительных, обрубных, очистных, выбивных и других участков литейного цеха. Значительным источником загрязнения воздуха сернистым газом являются агломерационные фабрики. Во время агломерации руды происходит выгорание серы из пиритов. Сульфидные руды содержат до 10 % серы, а после агломерации ее остается лишь 0,2–0,8 %. Выброс сернистого газа при агломерации может быть принят в размере 190 кг на 1 тонну руды, т. е. одна ленточная машина дает около 700 тонн сернистого газа в сутки.
       Значительную роль в загрязнении атмосферы играют выбросы мартеновских и конверторных сталеплавильных цехов. При ведении мартеновского процесса пыль образуется из металлической шихты при ее окислении, из шлака, руды, известняка и окалины, идущих на окисление примесей шихты, из доломита, применяющегося для заправки пода печи. При кипении стали выделяются пары окислов шлака и металла, газы. Размеры частиц пыли не превышают 3 мкм. При бескислородном процессе на 1 тонну мартеновской стали выделяется 3000–4000 м3 газов с концентрацией пыли в среднем 0,5 г/м3. В период подачи кислорода в зону расплавленного металла пылеобразование многократно увеличивается, достигая 15–52 г/м3. Кроме того, плавление стали сопровождается выгоранием некоторого количества углерода и серы, в связи с чем в отходящих газах мартеновских печей при кислородном дутье содержится до 60 кг окиси углерода и до 3 кг сернистого газа в расчете на 1 тонну выдаваемой стали.
       При конверторном способе получения стали образуются дымовые газы из частиц окислов кремния, марганца и фосфора. В составе дыма содержится значительное количество окиси углерода – до 80 %. Концентрация пыли в отходящих газах составляет примерно 15 г/м3. Основная масса пыли – 90 %, состоит из частиц размером 0,2–1 мкм.
      Коксохимические производства загрязняют атмосферный воздух пылью и смесью летучих соединений. При коксовании 1 тонны угля образуется 300–320 м3 коксового газа. В его состав входят: водород, метан, окись углерода, углекислый газ, азот, углеводороды и кислород. Основная масса коксового газа улавливается и направляется на химическую переработку и утилизацию, около 6 % газа поступает в атмосферу вследствие потерь во время загрузки и выгрузки печей и негерметичности аппаратуры. При нарушении режима работы батарей коксования или вспомогательных отделений утилизации в атмосферу выбрасываются значительные количества неочищенного коксового газа. Загрязнение воздуха пылью при коксовании углей сопряжено с подготовкой шихты и загрузкой ее в коксовые печи, с выгрузкой кокса в тушильные вагоны и мокрым тушением кокса. Мокрое тушение сопровождается также выбросом в атмосферу веществ, входящих в состав используемой воды.
     В диссертации В.Т.Стефаненко «Исследования технологических выбросов в атмосферу и разработка средств для улавливания пыли на коксохимических предприятиях» (Екатеринбург, 2007) приведен перечень двадцати загрязняющих веществ в данной отрасли производства: бензопирен, сероводород, фенол, цианистый водород, сероуглерод, пиридин, диоксид азота, серная кислота, бензол, формальдегид, сажа, диоксид серы, пыль угольная и коксовая, толуол, ксилол, нафталин, аммиак, оксид углерода, оксид азота, пыль сульфата аммония. В книге С.М.Андоньева и О.В.Филипьева «Пылегазовые выбросы предприятий черной металлургии» можно найти подробную информацию о технологических выбросах всей отрасли черной металлургии. Список состоит из нескольких десятков позиций, однако и он не охватывает весь спектр источников вредных выбросов.
Цветная металлургия
До наших дней сохранилась гравюра XVIII в. с изображением медеплавильных печей Полевского завода на Урале, из труб которых поднимаются в небо черные хвосты дыма (см. стр. 222). Можно утверждать, что этот дым не рассеялся и в следующем, XIX столетии. В книге Н.Г. Залогина и С.М.Шухера «Очистка дымовых газов» утверждается, что «Первая крупная промышленная установка электрической очистки отходящих газов была сооружена в 1908 г. на одном из заводов цветной металлургии».
       При получении и переработке различных цветных металлов (медь, цинк, олово, свинец и др.) в воздух поступает пыль сложного состава. Так, в обжиговых газах медеплавильной промышленности содержится медь, окись железа, соединения мышьяка, сурьмы, висмута, кадмия, селена, теллура, серебра, фосфора, ртути, цинка, свинца. Выброс пыли значительно превышает количество готового продукта. Так, например, на тонну черновой меди выбрасывается до 2 тонн пыли. Значительный процент от общего состава пыли приходится на свинец. Так, в дымовых газах плавильных печей при плавке медьсодержащего лома содержание свинца доходит до 10 %, а в отходящих газах цинковой промышленности – даже до 25–50 %. Предприятия цветной металлургии являются также источниками загрязнения воздушного бассейна сернистым газом, который выделяется в процессе подготовки сырья. При получении металлического алюминия электролизом с отходящими газами от электролизных ванн в атмосферный воздух выделяются газообразные и пылевидные фтористые соединения. При получении 1 тонны алюминия в зависимости от типа и мощности электролизера расходуется от 33 до 47 кг фтора, около 65 % его попадает в атмосферу.
     Химическая и нефтеперерабатывающая промышленность
«Нефть не топливо, топить можно и ассигнациями». Это изречение известного русского химика Д.И.Менделеева наиболее точно отражает суть того, как разумному человечеству надо относиться к «черному золоту». Но не менее осторожного отношения заслуживают и другие невозобновляемые природные ресурсы, многие из которых в процессе переработки выделяют в атмосферу вредные выбросы.
      Сырьем для предприятий химической промышленности служат нефть, природный газ, попутные газы, которые образуются, например, при коксовании углей на металлургических предприятиях, разнообразные химические вещества и соединения. В атмосферный воздух могут поступать различные газообразные, жидкие и твердые химические вещества в процессе переработки сырья и получения готовой продукции через неплотности аппаратуры или с вентиляционными выбросами. Так, в процессе получения серной кислоты в воздух поступают сернистый газ, аэрозоль серной кислоты, окислы азота и пыль. На лакокрасочных заводах выделяются в воздух пары разнообразных растворителей – бензина, ксилола, толуола, изопропилового спирта и др. Для химических заводов характерно то, что в их выбросах содержится одновременно большое количество разнообразных по своим свойствам химических веществ. Поступая в атмосферный воздух, они взаимодействуют друг с другом и могут превращаться в другие соединения, иногда даже более вредные для организма, чем исходные.
     Газовые выбросы нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности содержат большое количество углеводородов и сероводорода. Заводы синтетического каучука выбрасывают в атмосферу стирол, дивинил, толуол, ацетон, изопрен и др. К основным выбросам предприятий химической промышленности также относятся окись углерода, окислы азота, сернистый ангидрид, аммиак, пыль от неорганических производств, органические вещества, сероводород и сероуглерод, хлористые соединения, фтористые соединения и др. И все без исключения выбросы способствуют возникновению антропогенных заболеваний.

Большое количество вредных примесей и газов оказывает на окружающую среду и здоровье человека сильное негативное воздействие. Основными соединениям, загрязняющими атмосферу, являются оксид углерода, диоксид серы, формальдегид, бенз(а)пирен, сажа, акролеин, свинец, а также более 50 углеводородов, большинство из которых являются высоко токсичными. Вот характеристика и влияние на организм человека лишь некоторых из них.
Окись углерода - газ, не имеющий ни цвета, ни запаха.
Основную массу глобальных выбросов СО дают двигатели внутреннего сгорания.
Наши органы чувств не в состоянии его обнаружить, тем не менее он присутствует в воздухе в достаточно больших концентрациях. Окись углерода вдыхается вместе с воздухом или табачным дымом и поступает в кровь, где соединяется с молекулами гемоглобина прочнее, чем кислород. Чем больше окиси углерода в воздухе, тем больше гемоглобина связывается с ней и тем меньше кислорода достигает клеток. Следовательно, развивается картина кислородной недостаточности. Вторичный эффект действия CO аналогичен механизму действия цианистых соединений, приводящему к нарушению клеточного дыхания и гибели организма (при концентрации 1%-в течение нескольких минут). Окись углерода - один из факторов, вызывающих сердечные приступы.
Диоксид серы - бесцветный газ с удушливым запахом.
Мировой выброс SO2 в атмосферу составляет около 147 млн. тонн.
При соприкосновении с влажной поверхностью слизистых оболочек верхних дыхательных путей SO2 образует нестабильную сернистую кислоту, окисляющуюся до серной, что и определяет первичный характер его токсического действия. Раздражающее действие сернистого ангидрида на слизистые оболочки приводит к развитию хронических ринитов, воспалениям слухового прохода и евстахиевой трубы, хроническим бронхитам, преимущественно с астматическими компонентами. При высоких концентрациях сернистый ангидрид вызывает раздражение слизистых глаз, в редких случаях даже потерю сознания. При длительном воздействии в малых концентрациях наблюдаются изменения со стороны органов пищеварения, имеют место функциональные нарушения щитовидной железы.
Свинец - кумулятивный яд. Он постепенно накапливается в организме человека, поскольку скорость его выведения очень низка.
Воздух в городах заполнен частицами свинца, образующимися при сгорании бензина (50% общего неорганического свинца, попадающего в организм). Уличная пыль, в которой тоже обнаружены высокие уровни соединений свинца, - еще один источник попадания его в организм человека.
Содержание свинца, измеренное в городском воздухе за месячный срок, составляет 5 мкг/м3. При такой концентрации у жителей городов пороговые уровни свинца, при которых проявляются признаки свинцового отравления, достигаются быстрее. Свинец уменьшает скорость образования эритроцитов в костном мозге; он также блокирует синтез гемоглобина. У детей пороговый уровень составляет половину уровня взрослых и они оказываются гораздо более чувствительными к отравлению свинцом. Развитие заболевания у ребенка характеризуется постоянными запорами, рвотой, припадками и обмороками.
Углеводороды - выбрасываются в атмосферу в виде капелек и паров.
Треть годового выброса углеводородов в атмосферу приходится на выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания. Другим источником является работа нефтеперегонных заводов.
Воздействие на организм углеводородов бензинового ряда выражается в нарушениях функционального состояния центральной нервной системы . В наибольшей степени страдает высшая нервная деятельность, что связано с наркотическим действием углеводородов. Даже в очень низких концентрациях действие углеводородов приводит к функциональным расстройствам нервной системы, неврастении, вегетоневрозам, вспыльчивости и раздражительности - вплоть до сильного головокружения при резких движениях головой. Углеводороды, выбрасываемые в воздух при работе автотранспорта с газобаллонными установками, вызывают общую слабость, головные боли, реже - ощущение шума в голове.
Для предотвращения негативных последствий воздействий загрязняющих веществ необходимо знать их предельные уровни, при которых возможна нормальная жизнедеятельность и функционирование организма. Основной величиной экологического нормирования содержания вредных химических соединений в компонентах природной среды, в частности в атмосферном воздухе, является ПДК - предельно-допустимая концентрация. ПДК загрязняющих веществ в воздухе устанавливаются в законодательном порядке или рекомендуются компетентными учреждениями. В России ПДК загрязняющего вещества в атмосферном воздухе - гигиенический норматив, утверждаемый постановлением Главного государственного врача РФ по рекомендации Комиссии по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию при Минздраве РФ (Минздрав России, Гигиенические нормативы ГН 2.1.6.695-98).