Б Д З / БЖД / Общие проблемы защиты ОС

Введение

Общие проблемы защиты окружающей среды

Окружающая среда - часть пространства Вселенной , в котором обита-

ет человек и функционируют созданные им системы.

Под окружающей нас средой понимается совокупность “чистой” природы и среды,созданной человеком, распаханные поля, искусственные сады и парки,обводненные пустыни, осушенные болота,крупные города с особым тепловым режимом, микроклиматом, водоснабжением,большим оборотом различных органических и неорганических веществ и т.д.

Начно-технический прогресс и связанные с ним грандиозные масштабы производственной деятельности человека привели к большим позитивным

преобразованиям в мире - созданию мощного промышленного и сельскохозяйственного потенциала, широкому развитию всех видов транспорта, ирригации и мелиорации больших земельных площадей, созданию систем искусственного климата. Вместе с тем резко ухудшилось состояние окружающей среды.Загрязнение атмосферы, водоемов и почвы твердыми, жидкимии газообразными отходами достигает угрожающих размеров, происходит истощение невозобновляемых природных ресурсов - в первую очередь полезных ископаемых и пресной воды. Дальнейшее ухудшение состояния экосферы может привести к далеко идущим отрицательным последствиям для человечества. Поэтому охрана природы, защита ее от загрязнений стала одной из важнейших глобальных проблем.

Природа- целостная система с множеством сбалансированных связей. Нарушение этих связей приводит к изменениям установившихся в природе круговорота веществ и энергии. Развитие промышленности вызвало серьезные нарушения в круговороте ряда веществ, например диоксидов углерода, серы азота и др. В настоящее время в результате большого количества отходов промышленного , сельскохозяйственного и бытового происхождения нарушаются условия, позволяющие природе в прошлом успешно справляться с утилизацией отходов с помощью бактерий , воды,воздуха,воздействия солнечного света.

Рост промышленности сопровождается образованием значительного количества отходов, так как на производство промышленной продукции

расходуется всего 1\3 потребляемых сырьевых ресурсов, а 2\3 утрачивается в виде побочных продуктов и отходов. Усиление техногенного воздействия

на природную среду уже породило ряд экологических проблем. Самые ос-

трые из них связаны с состоянием атмосферы , гидросферы и литосферы.

Охрана природы - система мер , направленная на поддержание рационального взаимодействия между деятельностью человека и окружающей природной средой , обеспечивающая сохранение и восста-

новление природных богатств , рациональное использование природных

ресурсов.

1

Природные ресурсы -естественные источники удовлетворения матери-

альных потребностей человеческого общества.

Защита окружающей природной среды - природоохранная деятельность ,

направленная на снижение или полное исключение поступления в биосфе-

ру загрязнителей антропогенного происхождения.

Загрязнители (загрязнения) - неутилизированные материальные и энер-

гетические отходы производства , а также естественные компоненты , не-

характерные для данной среды , оказывающие нежелательное действие на

человека и ценные для него ресурсы живой и неживой природы.

Отходы - продукты обмена веществ и энергии между обществом и при-

родой , получение которых не являлось конечной целью.

Загрязнение окружающей природной среды - изменение ее качествен-

ного состояния, происходящее в результате поступления в нее загрязнителей.

Методы защиты окружающей природной среды - комплекс технологи-

ческих , технических и организационных мероприятий , направленных на

снижение или полного исключения поступления в биосферу загрязнителей.

Экология - наука об отношениях живых организмов и образуемых ими сообществ между собой и окружающей средой.

Экологическая система - единый природный комплекс , образованный

живыми организмами со средой их обитания , в котором живая и неживая

материи связаны между собой обменом веществ и энергии.

Промышленные загрязнители воздушной среды

Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются

промышленные предприятия, транспорт, тепловые электростанции. Каж-

дый из этих источников связан с выделением большого количества специ-

фических токсичных веществ, иногда не поддающихся идентификации, хотя номенклатура многотоннажных загрязнений сравнительно мала.

Загрязнения в атмосферу могут поступать из источников непрерывно или периодически, залпами или мгновенно. В случае залповых выбросов

за короткий промежуток времени в воздух выделяется большое количество

вредных веществ. Залповые выбросы возможны при авариях, при сжига-

нии быстрогорящих отходов производства на специальных площадках

уничтожения. При мгновенных выбросах загрязнения выбрасываются в доли секунды иногда на значительную высоту. Они происходят при взрыв-

ных работах и авариях.

Таким образом, с отходящими газами в атмосферу поступают твердые,

жидкие,газообразные и смешанные. Отходящие газы промышленности,

содержащие взвешенные твердые или жидкие частицы, представляют собой двухфазные системы. Сплошной фазой в системе являются газы, а

дисперсной - твердые частицы или капельки жидкости. Такие аэродиспер-

сные системы называют аэрозолями, которые разделяют на пыли, дымы,

2

и туманы. Пыли содержат твердые частицы размером от 5 до 50 мкм, а ды-

мы- от 0,1 до 5 мкм. Туманы состоят из капелек жидкости размером 0,3- 5

мкм и образуют в результате конденсации паров или при распылении жид-

кости в газе.

Газовые выбросы классифицируются также по организации отвода и контроля - на организованные и неорганизованные по температуре - на

нагретые ( температура газопылевой смеси выше температуры воздуха)

и холодные ; по признакам очистки - на выбрасываемые без очистки (орга-

низованные и неорганизованые) и после очистки ( организованные).

Организованный промышленный выброс - это выброс, поступающий в

атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды, трубы,

а неорганизованным выбросом называют промышленный выброс, посту-

пающий в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушения герметичности оборудования, отсутствия или неудовлетвори-

тельной работы оборудования по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки

и хранения продукта.

Состояние воздушной среды в помещениях характеризуется газовым составом воздуха, его температурой, влажностью, давлением, скоростью

движения воздуха, степенью запыленности.

Воздушная среда является важнейшим элементом условий труда на производстве. Запыленность воздуха, загазованность, излишняя влаж-

ность, высокая или низкая температура, сквозняки оказывают вредное

воздействие на организм человека, вызывают снижение его работоспособ-

ности, увеличение травматизма, профессиональных заболеваний.

ГОСТ 12.1.005-76 устанавливает предельно допустимые концентрации

(ПДК) вредных газов, паров и пыли в воздухе рабочей зоны производст-

венных помещений.

По степени воздействия на организм человека вредные вещества, выде-

ляющихся в гальванических и травильных цехах, подразделяются на 4 класса: 1- чрезвычайно опасные; 2-высокоопасные;3-умеренно опасные; 4-малоопасные.

Технологический процесс и выделяющиеся вредные вещества

Такие операции , как шлифование, полирование, гидропескоструйная и

дробеструйная обработка, галтовка, крацовка, сопровождаются выделени-

ем пыли. Основные процессы химической и электрохимической обработки металлов осуществляют в ванных, заполненных различными растворами кислот, щелочей, солей и их смесями. При этом выделяются аэрозоли серной и соляной кислот, едких щелочей, оксиды азота, пары азотной и соляной кислот, молекулярный водород, цианистый водород, фтористый

водород, хромовый ангидрид, пары воды, аэрозоли и капли растворов со

всеми содержащимися в них химикатами.

Характер выделяющихся веществ зависит от состава раствора и от вида процесса (химический или электрохимический). Выделение вредных ве-

ществ происходит различным образом: выделение водорода при электро-

3

лизе; вынос растворов пузырьками водорода, кислорода и других газов,

выделяющихся в процессе обработки металла; выделение газов, образу-

ющихся при химических реакциях; испарение составных частей раствора.

Характеристики вредных веществ

Оксиды азота образуются при травлении деталей из нержавеющей стали и сплавов цветных металлов, а также при пассивации их в азотной кислоте

или в смесях с серной , плавиковой, фосфорной и другими кислотами.

Оксиды азота, за исключением N2O, высокоопасны.

Водород H2- физиологически инертен, но взрывоопасен. Согласно ГОСТ

12.1.004-76 нижний концентрированный предел воспламенения его в воз-духе при атмосферном давлении и температуре 25°С: 25= 4,09% ( объмных).

Предельно допустимое содержание водорода в воздухе помещений рав-

но 5% нижнего предела взрываемости, а в воздуховодах систем местных

отсосов 50%.

Серная кислота H2SO4 употребляется при травлении металлов. Разбав-

ленная серная кислота действует на металлы , стоящие в ряду активности перед водородом (магниий, цинк, алюминий, железо и др.), образуя соли

и выделяя водород, который выносит с собой аэрозоли раствора. При дей-

ствии на медь, серебро, ртуть ( стоящие в ряду напряжений после водоро-

да)нагретой концентрированной серной кислотой получаются соли с выделяется сернистый ангидрид.

Фосфористый водород PH3 образуется при растворении различных ме-

таллов в кислотах, а также в процессах электротравления и реже электро-

полирования; поступает в воздух в виде аэрозолей.

Плавиковая кислота HF представляет собой 40%-ный раствор фторо-

водорода в воде. Пары фтороводорода и аэрозоли его солей относятся ко

2-му классу опасности. Они могут появляться над ваннами электротравле-

ния и электрополирования. Плотность паров HF по отношению к воздуху

0,7. В воздухе рабочей зоны ПДК фтористого водорода равна 0,5 мг\ м , а

аэрозолей солей фтористоводородной кислоты ( в пересчете на HF) -

1 мг\м. В атмосферном воздухе населенных мест ПДК фтористых соединений ( в пересчете на F) равны: газообразных ( HF и др.)- макси-

мальная разовая 0,02 мг\м и среднесуточная 0,005 мг\м ; хорошо раство-

римых неорганических (NaF и др.) - максимальная разовая 0,03 и средне-

суточная 0,01 мг\м.

Хлористый водород HCL-бесцветный газ ; в воздухе образует белый ту-

ман в результате сгущения атмосферных водяных паров и образования соляной кислоты в виде мельчайших капелек. Выделяется при обработке металла в соляной кислоте. Техническая соляная кислота содержит 37%

HCL. При нагревании ее выше 35С хлористый водород интенсивно испа-

ряется. Плотность паров HCL по отношению к воздуху 1,27.

4

Оксиды хромы CrO3,Cr2O3, CrSO4 и др. выделяются с аэрозолями раст-

воров, в которых они содержатся.

Цианистый водород HCN выделяется при действии кислот на водяные растворы цианистых солей NaCN, KCN, CuCN и др. в процессах меднения

цинкования, кадмирования, серебрения, золочения и др. Пары цианистых

соединений и цианистый водород вызывают острые отравления при попа-

дании в организм человека.

Щелочные аэрозоли NaOH, KOH выделяются при обезжиривании ме-

таллов ,травлении цинка, свинца, алюминия и его сплавов, воронении

черных металлов.

Пыль, состоящая из волокон войлока и материи , а также из частичек

металла, абразивов и паст ( содержащих 40-80 % хрома ), выделяется при

шлифовании и полировании.

Механизм образования и определение количества выделяющихся

вредных веществ

Физическая сущность процесса, в результате которого происходит выде-

ление аэрозольных частиц раствора, показана на рис. 1. Пузырьки водоро-

да , кислорода и других газов, выделяющихся из раствора при электрохи-

мических и химических процессах, всплывают на поверхность, где разры-

ваются. При разрыве пузырьков происходит фонтанирование частиц раст-

вора в воздух над ванной, откуда они захватываются вытяжным воздухом

местных отсосов, а при отсутствии таковых или их неэффективности загрязняют воздушную среду цеха содержащимся в них вредными веществами.

Масса вредных веществ, выносимых в воздух (в г\ч);

m=cAgv ,

где с- концентрация вещества в растворе , г\л; А- площадь обрабатыва-

емой поверхности деталей (часовая программа), м\ч; g- толщина покрытия,

мкм; v- удельный унос отнесенный к 1 м площади обрабатываемых повер-

хностей на 1 мкм толщины покрытия, л\(м мкм); удельный унос хромово-

го ангидрида при декоративном и твердом хромировании 0,05; удельный унос цианистых электролитов 0,015. Удельный унос при никелировании,

меднении 0- 0,005 л\(м мкм),

Количество газов, выделяющихся при химической обработке металлов,

можно рассчитать по выпуску изделий и по снимаемому металлу, исполь-

зуя для этого формулы химических реакций;

mg= mmet kMg\Mmet,

где m-количество выделяющихся газов, кг\ч; m - масса снимаемого метал-

ла, кг\ч ; k- численный множитель определяемого газа в формуле химичес-

кой реакции; Мg и Мmet - молярные массы определяемого газа и металла,

кг\кмоль.

Определим количество оксидов азота , которые выделяются при трав-

лении медных деталей в азотной кислоте , если стравливаются меди

0,127 кг\ч и химическая реакция происходит по формуле

Cu + 4 HNO3 Cu (NO3 )2 + 2NO2 + 2H2 O

Учитывая, что МNO2 = 46 , Мcu= 63, 5 k= 2 ,

mg = 0, 127 ·2· 46\63,5 = 0, 184 кг\ч.

При парообразовании происходит процесс массопереноса от жидкости

к окружающему воздуху. Количество паров испаряемого вещества

(в кг\ч)

mg= 0, 93 Ct D (c1- c2) V b  A,

где Сt- коэффициент, зависящий от разности температур жидкости и воз-

духа в помещении;

D- коэффициент диффузии пара в воздух, м\ч; c и с- концентрации паров рассматриваемого вещества на поверхности раствора и в воздухе помещения, кг\м ; V - расход воздуха в бортовом отсосе , м\ч ; b- ши-

рина ванны , м ;  -пространственный угол подтекания воздуха к щели,

рад. (если отсос расположен у стены или рядом с отсосом смежной ванны,

= 0,5п; если отсос расположен рядом со смежной ванной , не имеющей отсоса, =п; если ванна отдельно стоящая , удаленная от стены, w=1,5п);

А- площадь поверхности испарения, м.

Концентрация паров определяют по их парциальным давлениям:

М p

с=   a

Мa pb- p

где М и Мa - молярные массы рассматриваемого вещества и воздуха, кг\к моль ; p - парциальное давление паров вещества , кПа;

pb - барометрическое давление, кПа; a- плотность воздуха при температуре

поверхности испарения, кг\м.

Коэффициент диффузии D при температуре t давлении p равен

273 + t 101, 325

D= Do (  )

273 pb

где Do - коэффициент диффузии при нормальных условиях ( для водяного

пара Do = 0, 0754 м\ч ; для хлористого водорода Do = 0, 047 м\ч;

для цианистого водорода Do= 0, 062 м\ч; для азотной кислоты

Do= 0,033 м\ч). Определим сколько испаряется хлористого водорода при травлении

деталей в соляной кислоте, содержащей 37% HCL при температуре 25 С,

если площадь поверхности испарения А= 1 м ; с2=0; pb=99,325 кПа;

tliq - ta =10C; V=1300 м\ч; b=0,8 м; =1,5п.

Принимая температуру поверхности раствора равной 23С, находим

по прил. 3 (1), что PHcl = 25, 17 кПа;

МHcl= 36,46 ; Мa= 29 ; a=1,19 кг\м3;

с1 = CHCl = 36, 46 \ 29 х 25,17 \ ( 99,325 - 25, 17 ) х 1,19 = 0,5 кг\м;

273 + 23 101, 325

D = 0,047 ()  = 0, 0565 м\ч;

273 99, 325

m HCL= 0,93 · 0,614 ·0, 0565 ( 0,5 -0 ) 1300 · 0, 8 · 5, 71 · 1 = 2, 1 кг\ч .

При технологических процессах , связанных с капельным уносом , про-

исходит увеличение массы паров в воздухе , отсасываемом вытяжной

вентиляцией , по сравнению с массой паров , испаряющихся с зеркала

ванны. Это вызывается увеличением площади поверхности испарения,

происходящего в результате появления пузырьков на поверхности раство-

ра и наличия капель в отсасываемом воздухе, а также освобождения паров

из объема пузырьков при их разрыве. Максимальное увеличение площади

поверхности ипарения может быть оценено коэффициентом 1,45.

Интенсивность выделения вредных веществ при электрохимических процессах зависит от состава раствора, силы тока и выхода газа по току,

а при химических процессах - от состава раствора, температуры его и

кинетики химических реакций.

При травлении выделяются в основном водород , водяные пары и аэро-

золи соляной или серной кислоты ; последние выносятся пузырьками водорода , заключенными в пленки из травильного раствора. Выделятся

также хлористый водород, испаряющийся с поверхности раствора.

В травильных цехах в значительных количествах выделяются пары во-

ды. При разгрузке ванн с температурой раствора 80С и выше происходит

интенсивное испарение с поверхности обрабатываемых деталей, особенно,

когда площадь поверхности велика. Масса испаряющейся воды с поверх-

ности металла в травильных отделениях прокатных цехов, на основании

данных обследований, составляет 250 -300 % по отношению к массе воды,

выделяющейся непосредственно от ванн. С мокрого пола испаряется ори-

ентировочно воды 0,05 кг\(м·ч.).

Состав и свойства производственных сточных вод.

Классификация. Сточные воды, отводимые с территории промышленно-

го предприятия, по своему составу могут быть разделены на три вида :

1) производственные - использованные в технологическом процессе

производства ;

2) бытовые - от санитарных узлов производственных и непроизвод-

ственных корпусов и зданий , а также от душевых установок , имеющихся на территории промышленного предприятия;

3) атмосферные - дождевые и от таяния снега.

Производственные сточные воды делятся на две основные категории:

загрязненные и незагрязненные (условно чистые).

Загрязненные производственные сточные воды содержат различные

минеральные примеси.

По содержанию загрязняющих веществ производственные сточные воды

(слабоконцентрированные и высококонцентрированные ) разделяются на

четыре группы: 1-500 , 500-5000, 5000 - 30000 , более 30000 мг\л.

Производственные сточные воды могут различаться по физическим

свойствам загрязняющих их минеральных продуктов ( например, по температуре кипения): менее 120° С, 120 - 250 °С и выше 250 °С.

П о степени агрессивности эти воды разделяют на слабоагрессивные

( слабокислые с рH = 6- 6,5 и слабощелочные с рH =8- 9 ) , сильноагрес-

сивные ( сильнокислые с рH 6 и сильнощелочные с рH 9 ) и неагрессив-

ные ( с рH = 6,5 — 8 ).

Незагрязненные производственные сточные воды поступают от холо-

дильных , компрессорных , теплообменных аппаратов. Кроме того , они

образуются при охлаждении основного производственного оборудования

и продуктов производства.

Большое значение в формировании состава производственных сточных

вод имеет вид технологического процесса.

В гальванических цехах применяют воду: при приготовлении электро-

литов; при промывке деталей перед нанесением на них покрытий и после операции; при последующей сушке ; для наполнения ванн при улавлива-

нии загрязняющих веществ. Сточные воды здесь , по сравнению с другими

цехами, в большей степени загрязнены токсичными химическими веществами, концентрация которых достигает больших значений и определяется видом технологического процесса и производственных опе-

раций ( от 200 г\м - в стоках промывных ванн после нанесения покрытия

до 100 тыс. г\м - в периодически сбрасываемых сточных водах ванн нане-

сения покрытий). Основными загрязнителями являются : при травлении,

декапировании и анодировании -различные кислоты; при обезжиривании - цианиды и кислоты; осветлении - щелочи и азотная кислота; электрополировании - серная и азотная кислоты , а при нанесении метал-

лических покрытий — медь , никель, олово , хром, цинк и др. ( это опре-

деляется видом применяемого покрытия).

Характеристика и источники загрязнения литосферы и почвы

Представляет интерес характеристика промышленных отходов как

одного из основных загрязнителей поверхности Земли.

Твердыми отходами в машиностроении являются : амортизационный

лом (замена изношенных деталей и модернизация оборудования, тех-

нологической оснастки и инструмента, последствия коррозии и др.),

от производства проката (отходы металла в виде концов, обрезков,

обдирочной стружки, опилок , окалины, обрезков слитков на ножни-

цах и пилах и др.) , при литье ( литники, “ сплески”, шлаки и др.),

при механической обработке на станках ( высечки, обрезки, стружка,

опилки и др.). Обычно они находятся в пределах 260 кг на 1 т металла,

но на некоторых предприятиях достигают 50% всей массы обрабатывае-

мых заготовок, а при листовой штамповке составляют 60% ; при обработке легированных сталей основным источником образования отходов является металлообработка- 84% их общего количества и 16 %-

амортизационный лом. Большое количество твердых материалов содер-

ся в шламах отстойников очистных сооружений и прокатных цехов.

На некоторых предприятиях внедрен электрокоагуляционный метод

обезвреживания хромсодержащих вод, который предусматривает электро-

химическую их обработку. При этом на катоде происходит образование

трехвалентного хрома , а вследствии защелачивания катодной поверхнос-

ти ,гидроксиды хрома и других металлов выпадают на дно ванны в виде

шлама. Анодный процесс характеризуется растворением железа, окисле-

нием органических примесей и коагуляцией всех коллоидных частиц.

В конечном итоге образуются шламы , которые необходимо захоранивать

или сжигать в электропечах до получения металлических порошков.

Энергетическое загрязнение биосферы

Особым видом антропогенного воздействия на окружающую природную

среду является ее энергетическое загрязнение. Под этим понятием будем

подразумевать выбросы в биосферу от промышленных и иных объектов

различных видов энергии таких интенсивностей, которые могут быть опасны (вредны) для организма человека и животных и существенным образом отрицательно влиять на экологическую обстановку местности, региона.

В настоящее время с этой точки зрения представляют интерес следую-

щие виды энергетического загрязнения: тепловое, электромагнитное,

радиоактивное, акустическое.

Последствия теплового загрязнения биосферы в настоящее время

изучены еще недостаточно. По оценкам ученых , тепло антропогенного

происхождения в настоящее время еще неизмеримо мало по сравнению

с теплом, поступающим от Солнца и из земных недр, и составляет при-

мерно 0,005% этого количества, и таким образом не может существенно сказаться на тепловом балансе Земли. Однако столь малая цифра не должна вызывать успокоенности.

Действительно, в глобальном масштабе тепловое загрязнение биосферы

пока, видимо, не может считаться опасным. Однако мощные источники

антропогенных выбросов тепла при условии их высокой концентрации

на небольших территориях могут оказывать заметное влияние на тепловой

режим этих территорий, пространств, акваторий.

Заметно также изменяют тепловой режим рек и озер сбросы в них тепла

от тепловых электростанций и предприятий. Это существенно влияет на

условия обитания водных организмов и на структуру экологических сис-

тем таких водоемов. Иначе говоря, влияние мощных антропогенных ис-

точников тепла на биосферу вполне ощутимо , хотя и имеет локальный

характер.

Электромагнитное загрязнение. Среди выдающихся достижений че-

ловечества в науке и технике ХХ в. особое место занимают успехи в откры-

тии, исследовании и практическом использовании электромагнитных волн

широкого диапазона частот. Электромагнитные излучения применяются в

радиосвязи , радиолокации, радионавигации, в системах радиотелеметрии,

а также в промышленности для высокочастотного нагрева материалов при

их сушке, спекании , плавке и т.д. Передача , распространение этого вида

энергии происходит в соответствии с ее назначением , в основном в атмос-

фере , космосе, хотя может происходить и в других средах.

На Земле естественных и стабильных источников таких излучений прак-

тически нет , а сеть искусственных , т.е. антропогенных , в настоящее вре-

мя исключительно широка и неуклонно разрастается. Образное выражение

о том , что в эфире стало тесно , соответствует действительности. За иск-

лючением , пожалуй , только нагревательных установок , все источники

электромагнитных излучений специально предназначаются для распро-

странения радиоволн в пространстве (атмосфере). С этой точки зрения ра-

диоволны не могут считаться отходами производства , загрязнителями.

Однако с другой точки зрения, радиоволны (электромагнитные излучения)

при определенных значениях параметров ( частота, интенсивность) могут

оказать вредное или даже опасное воздействие на организм человека, на

население определенных территорий , отрицательно влиять на другие жи-

вые организмы. Это и позволяет отнести электромагнитные излучения оп-

ределенных диапазонов параметров к одной из разновидностей энергети-

ческого загрязнения окружающей среды. В какой - то мере можно гово-

рить и о загрязнении эфира некоторыми видами электромагнитных излу-

чений , являющимися помехами для радиосвязи , телевидения и т. п.

Радиоактивное загрязнение. Рассеянные на Земле природные радиоак-

тивные вещества и проникающие сквозь атмосферу космические лучи создают естественный фон радиоактивного излучения, безопасный для

живых организмов. Антропогенные источники такого излучения значи-