Пособие.БЖД.2010

Выбросы токсичных веществ приводят, как правило, к превышению текущих концентраций веществ над предельно допустимыми значениями.

В результате антропогенного воздействия на атмосферу возможны следующие негативные последствия:

-превышение ПДК (мг/м3) токсичных веществ в воздухе населенных пунктов;

-образование смога при интенсивных выбросах NOx, CxHx;

-выпадение кислотных дождей при интенсивных выбросах

SOx, NOx;

-появление парникового эффекта при повышенном

содержании СО2, NOх, СН4, Н2О, О3 и пыли, что способствует повышению средней температуры Земли;

-разрушение озонового слоя при поступлении NOx и соединений хлора в него, что создает опасность УФоблучения.

Меры по предотвращению загрязнений атмосферного воздуха. В соответствии с требованиями ГОСТ 17.2.3.02-78 для каждого проектируемого и действующего промышленного предприятия устанавливается предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ в атмосферу при условии, что выбросы в атмосферу от данного источника в совокупности с другими источниками (с учетом перспективы их развития) не создадут приземную концентрацию, превышающую ПДК. Во всех случаях должно соблюдаться условие:

С+ Сф ≤ ПДК по каждому вредному веществу.

Втех случаях, когда реальные выбросы превышают ПДВ, необходимо в системе выброса использовать аппараты для очистки газов от примесей.

Промышленные предприятия, особенно вновь вводимые, должны быть оборудованы пыле- и газоулавливающими системами.

131

Пылеулавливающее оборудование (пылеуловители)

применяют для очистки выбросов от твердых частиц (пыли). Подразделяют на 4 группы: сухие (циклоны) и мокрые (скрубберы) пылеуловители, тканевые (матерчатые) фильтры и электрофильтры. Выбор тот или иного типа оборудования зависит от вида пыли, ее физико-химических свойств, дисперсного состава и общего содержания в воздухе.

Работа сухих пылеуловителей основана на различных механизмах осаждения взвешенных частиц: гравитационном (под действием сил тяжести), центробежном.

В мокрых пылеуловителях осаждение происходит вследствие контакта взвешенных частиц с жидкостью, чаще всего водой.

Метод электрической очистки основан на ионизации газа в электрическом поле высокого напряжения и осаждения заряженных частиц пыли на электродах электрофильтра.

Работа фильтров основана на пропускании очищаемого воздуха через пористую перегородку.

1.Циклоны - центробежные пылеуловители. Имеют широкое применение. В них очищаемому воздуху придается вращательное движение. Под действием центробежных сил частицы пыли отбрасываются к стенкам циклона и далее оседают в бункер. Очищенный воздух через выхлопную трубу направляется либо в атмосферу, либо на дальнейшую очистку. Степень очистки в циклонах при крупных фракциях пыли может достигать 98%, а при мелких - только 50%. Для повышения степени очистки воздуха устанавливают несколько циклонов (батарейные циклоны).

2.Скрубберы имеют широкое распространение, так как характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсной пыли размером более 0,3 мкм, а также возможностью очистки от пыли нагретых и взрывоопасных газов. Работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхности капель или жидкости.

132

Однако мокрые пылеуловители обладают рядом недостатков, ограничивающих область их применения: образование в процессе очистки большого количества шламосодержащих стоков, для обработки которых необходимо специальное оборудование; наличие в очищенных газах капель жидкости с частицами пыли, забивающие газоходы, дымососы и вентиляторы; необходимость создания оборотных систем подачи воды в пылеуловитель.

3.Фильтры. Процесс фильтрования заключается в пропускании очищаемого воздуха через пористую перегородку или слой пористого материала. Перегородка работает как сито, не пропуская частицы с размером большим диаметра пор. Степень очистки высока - до 99%. Наиболее распространены в промышленности рукавные тканевые фильтры.

4.Электрофильтры - одни из наиболее совершенных видов очистки газов от пыли. В электрофильтрах запыленный воздух проходит через электростатическое поле, где пылинки получают заряд того или иного знака. Затем они осаждаются на осадительных электродах (катоде или аноде), с которых их встряхиванием отправляют в бункер уловленной пыли. В этих фильтрах улавливается пыль размером до 0,1 мкм. Степень очистки до 99%, но это дорогостоящее оборудование.

Для очистки выбросов от газообразных примесей

применяются следующие основные методы:

1.Метод абсорбции – основан на поглощении газов жидкостью – абсорбентом. Так, для удаления из технологических выбросов таких газов, как аммиак, хлористый водород, в качестве абсорбента применяется вода.

Врезультате образуется водный раствор, который впоследствии утилизируется.

2Метод хемосорбции – основан на поглощении газов твердыми и жидкими поглотителями.

133

Очищаемый воздух орошают растворами реагентов, вступающих в реакцию с вредными примесями с образованием нетоксичных, малолетучих и нерастворимых химических соединений. Например, метод широко используется для улавливания диоксида серы (SO2) с дальнейшим его концентрированием и использованием для производства товарной серной кислоты или чистой серы.

3. Метод адсорбции - основан на способности некоторых твердых тел с ультромикроскопической структурой селективно, извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты газовой среды. В качестве адсорбентов (поглотителей) применяют активированный уголь, активированный глинозем, синтетический цеолит и др.

Аппараты для реализации этого метода называют адсорберами. Конструктивно адсорберы выполняются в виде емкости, заполненной адсорбером, через который пропускают очищаемый газ. Применяют для улавливания паров растворителей, неприятно пахнущих веществ, органических соединений и др. газов (паров ацетона, эфира, дымовых и выхлопных газов, радиоактивных газов).

4. Термическая нейтрализация - это процесс окисления вредных веществ кислородом при высоких температурах (90012000С) до менее токсичных веществ.

Различают прямое сжигание и термическое окисление. Прямое сжигание непосредственно в открытой горелке. Например, дожигают циановодород и попутные газы в вертикальных открытых факелах на нефтехимических заводах. Термическое окисление в специальных установках, в которые подается воздух в необходимом для окисления количестве. Например, с помощью этого метода окисляют токсичный угарный газ СО до нетоксичного углекислого газа СО2. Метод используется для очистки выбросов от оксида

134

углерода, фенола, растворителей, отработанных газов двигателей внутренного сгорания и др.

5. Каталитическая нейтрализация - метод предназначен для превращения вредных выбросов в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды с использованием специальных веществ - катализаторов (платина, палладий, окислы меди, марганца и др.). Катализаторы изменяют скорость и направление химической реакции. Метод используется в специальных реакторах, где катализаторная масса располагается в виде насадок.

Для высокоэффективной очистки выбросов необходимо применять аппараты многоступенчатой очистки. В этом случае очищаемые газы последовательно проходят несколько автономных аппаратов очистки или один агрегат, включающий несколько ступеней очистки.

Если в системах пыле- и газоочистки не удается достичь требуемой эффективности для обеспечения нормативного качества воздуха на территории предприятия и расположенной поблизости населенной местности, выброс осуществляют через высокие трубы, снижая за счет рассеивания вредных веществ их приземную концентрацию.

3. Гидросфера, ее загрязнение и последствия, средства защиты

Гидросфера является водной оболочкой Земли, включающей материковые (глубинные, почвенные, поверхностные), океанические и атмосферные воды. Вода после атмосферного воздуха представляет второй по значимости компонент биосферы. На поверхности планеты, равной 510 млн км2, вода занимает примерно 70%. Более 98% всех водных ресурсов планеты представлены водами с повышенной минерализацией, которые малопригодны для хозяйственной деятельности. Из общего количества пресной

135

воды для человека доступно менее 30% этих вод, так как остальная часть сосредоточена в ледниковых покровах, в подземных образованиях. На долю пресных вод планеты доступных для хозяйственного использования приходится всего 0,3% объема всей гидросферы. Распространены эти ресурсы неравномерно: большая их часть находится в малоосвоенных районах, что создает дефицит пресных вод в развитых регионах.

Деятельность человека охватывает практически всю акваторию водных ресурсов: служит для мореплавания и рыболовства; для получения биологических, минеральных, энергетических ресурсов, интенсивного промышленного и жилищного строительства, для добычи полезных ископаемых и захоронения отходов.

Проблема недостатка пресной воды связана и с другими причинами:

1)интенсивное увеличение потребностей в воде в связи

сбыстрым ростом народонаселения планеты и развитием отраслей деятельности, требующих огромных затрат водных ресурсов;

2)потери пресной воды вследствие сокращения водоносности рек и других причин;

3)загрязнение водоемов сточными водами.

Назначение воды:

-на производственные нужды - 60%;

-на хозяйственно-питьевые (бытовые) нужды - 20%;

-на орошение и сельскохозяйственное водоснабжение - 16%;

-на прочие расходы - 4 %.

После использования воду, как правило, загрязняют, а затем сбрасывают в водоемы. Основными источниками загрязнений являются промышленность и сельское хозяйство.

Загрязнители:

- биологические (органические микроорганизмы), вызывающие брожение воды. Они попадают в водоемы с

136

бытовыми и промышленными стоками, в основном предприятий пищевой, медико-биологической, целлюлознобумажной промышленности;

-химические, изменяющие химический состав воды. Поступают с промышленными, поверхностными и бытовыми стоками. К ним относятся нефтепродукты, тяжелые металлы и их соединения, минеральные удобрения, пестициды, моющие средства.

-физические, изменяющие ее прозрачность (мутность), температуру и другие показатели. Поступают в водоемы с промышленными и поверхностными стоками, при сбросах из выработок шахт, карьеров.

Сточные воды - это пресные воды, изменившие после использования в деятельности человека свои физикохимические свойства и требующие отведения. Сточные воды требуют обязательной очистки при их отведении в открытые водоемы. По происхождению классифицируются на:

1) бытовые - образуются в жилых, административных и промышленных зданиях от сантехнического оборудования и загрязнены продуктами жизнедеятельности человека, остатками продуктов питания, средствами гигиены. Они содержат преимущественно легко разлагающиеся органические вещества: белки, жиры, углеводы, синтетические моющие вещества; а также болезнетворные микроорганизмы;

2) промышленные - образуются на промышленных предприятиях, где вода используется в технологических процессах как растворитель, как транспортное средство. Состав разнообразен, включает широкий спектр органических

инеорганических веществ и зависит от типа производства (органические растворители, щелочи, кислоты, взвешенные вещества, масла, нефтепродукты, тяжелые металлы);

3) поверхностные - образуются в результате смывания дождевыми, снеговыми и поливочными водами загрязнений,

137

имеющихся на поверхности грунтов, на крышах и стенах зданий. Основными примесями являются механические частицы (земля, песок, камень, древесные и металлические стружки, пыль, сажа) и нефтепродукты (масла, бензин, керосин, используемые в двигателях транспортных средств).

Антропогенное воздействие на гидросферу приводит к следующим негативным последствиям:

-снижаются запасы питьевой воды (уровень загрязненности воды по отдельным ингредиентам превышает ПДК (мг/л));

-изменяется состояние и развитие фауны и флоры водоемов (на водные экосистемы);

-нарушается круговорот многих веществ в биосфере и др.

Опасны не только первичные загрязнители поверхностных вод, но и вторичные, образовавшиеся в результате химических реакций веществ в водной среде.

Основные меры по защите водных объектов от загрязнений:

а) применение безводных или маловодных технологий, а также замкнутых циклов водоснабжения;

б) очистка сточных вод.

Наиболее перспективный путь - внедрение оборотных и замкнутых систем водоснабжения. В этих системах вода используется в производственных процессах многократно. Технически они сложнее, но в наибольшей степени соответствуют принципам безотходного производства. Их следует вводить на реконструируемых и вновь строящихся предприятиях. Эта система водоснабжения обеспечивает экономию свежей воды на всех производствах, практически исключает образование каких-либо отходов и сброс сточных вод в водоем.

Очистка сточных вод. Задача очистки сбросов не менее важна, чем выбросов, так как разбавление и снижение концентраций вредных веществ в водоемах происходит хуже. Поэтому требуется глубокая очистка сточных вод, тем более

138

что водная экосистема очень ранима и чувствительна к загрязнениям. Основные методы:

1. Механические методы применяются для очистки сточных вод от взвешенных частиц путем процеживания, отстаивания, с использованием центробежных сил, фильтрования.

Процеживание осуществляется пропусканием воды через решетки и волокноуловители. Предназначено для отделения крупных и волокнообразных нерастворимых примесей.

Отстаивание основано на оседании (всплывании) примесей с плотностью больше (меньше) плотности воды. Отстаивание осуществляется в песколовках (от частиц металла и песка), отстойниках и маслоловушках (от мелких механических частиц, жировых веществ и нефтепродуктов).

Гидроциклоны - оборудование для отделения твердых веществ в поле действия центробежных сил, наподобие центрифуг.

Фильтрование используют для очистки от мелкодисперсных примесей. Очистка осуществляется в фильтрах (зернистых - воду пропускают через слои гравия, песка, шлака) и микрофильтрах (воду пропускают через слои сеток и тканей).

2. Физико-химическая очистка состоит в добавлении к сточным водам химических реагентов, вступающих в реакцию с загрязняющими веществами и способствующих выпадению нерастворимых и частично растворимых веществ.

Нейтрализация - нейтрализация кислых сточных вод осуществляется добавлением щелочных реагентов (оксида кальция, гидрооксида натрия, кальция, магния и др. ); нейтрализация щелочных стоков - добавлением минеральных кислот - серной, соляной и др.

Флотация предназначена для интенсификации процесса всплывания маслопродуктов при обволакивании их частиц

139

пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду. Реализуется в пневматических флотационных установках.

Электрофлотация осуществляется путем пропускания через сточную воду электрического тока. В результате электролиза воды образуются пузырьки газа, которые обволакивают частички взвесей и способствуют их быстрому всплыванию на поверхность.

Сорбция. В качестве сорбента (поглотителя) применяются зола, опилки, торф, активированный уголь и др.

Хлорирование - средство для обеззараживания воды, убивает микроорганизмы и др.

Механический и физико-химический методы являются первичными этапами очистки сточных вод, которые затем направляются на биологическую очистку.

3. Биологическая очистка применяется для очистки от растворенных органических веществ, основана на способности микроорганизмов, использовать для питания, содержащиеся в сточных водах органические вещества (углеводы, белки, спирты и др.). При этом органические соединения окисляются до воды и углекислого газа. После биологической очистки вода становится прозрачной, незагнивающей, содержащей растворенный кислород и нитраты.

Биологические устройства: биофильтры, аэротенки и биологические пруды.

В биофильтрах сточные воды пропускают через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой (шлак, щебень, гравий и др.). Благодаря пленке в биофильтрах интенсивно протекают процессы биохимического окисления.

Аэротенки – это железобетонные резервуары больших размеров, через которые медленно протекают подвергающиеся аэрации сточные воды, смешенные с активным илом. С биологической точки зрения активный ил -

140