3417_EI

3417	МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
	ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности и экология»

ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА СТАЦИОНАРНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ПРЕДПРИЯТИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Методические указания к выполнению практических и самостоятельных работ по курсу «Экология» для студентов всех специальностей и форм обучения

Составитель: О. А. Трошкина

Самара

2014

1

УДК 656.2:628.5

Загрязнение атмосферного воздуха стационарными источниками предприятий железнодорожного транспорта : методические указания к вы-

полнению практических и самостоятельных работ по курсу «Экология» для студентов всех специальностей и форм обучения / составитель О.А. Трошкина. – Самара : СамГУПС, 2014. – 27 с.

В методических указаниях рассмотрены стационарные источники загрязнения атмосферы предприятий железнодорожного транспорта. В разделе самостоятельной работы приведены задачи и методики их решения.

Утверждены на заседании кафедры 9 января 2014 г., протокол № 5. Печатаются по решению редакционно-издательского совета института.

Составители: Трошкина Ольга Александровна

Рецензенты: директор межрегионального центра «Охрана труда и промышленная экология» М.В. Смолев; к.с.-х.н., доцент кафедры БЖДЭ Ю.А. Холопов

Под редакцией Б.А. Анфилофьева

Подписано в печать 15.05.2014. Формат 60×90 1/16. Усл. печ. л. 1,7. Заказ 100.

© Самарский государственный университет путей сообщения, 2014

2

1. СТАЦИОНАРНЫЕ ОБЪЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВ И ТЕХНОЛОГИЙ

Стационарными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются здания и сооружения предприятий, в результате деятельности которых в атмосферный воздух выбрасываются загрязняющие вещества, например: котельные, дизельные установки, гаражи, автостоянки, участки сварки, резки и механической обработки металлов, участки деревообработки, участки окраски, очистные сооружения сточных вод и пр.

Анализ отчетных данных о выбросах загрязняющих веществ в атмосферу стационарными источниками предприятий железнодорожного транспорта показал [6], что наибольшее загрязнение воздушного бассейна происходит от котельных этих предприятий (более 80 %).

1.1. Котельные

При сжигании твердого топлива и мазута в окружающую среду выбрасываются вместе с газообразными продуктами сгорания и парами воды твердые частицы, содержащие металлы и их оксиды, из которых наиболее токсичным является пентоксид ванадия.

К наиболее опасным газообразным веществам относится бенз(а)пирен. Суммарный выброс загрязняющих веществ зависит от количества и вида сжигаемого топлива, а также от типа теплоагрегата.

Удельные выделения загрязняющих веществ от котельных приведены в табл. 1.

Анализ таблицы 1 показывает насколько существенно сырье (топливо), используемое в котельных, влияет на выбросы в атмосферу. Мазут по своим показателям предпочтительнее угольного топлива. Однако газовое топливо вне конкуренции, при его сжигании отсутствуют зола и оксид серы, существенно меньший выброс оксида углерода.

				Таблица 1
Удельные выделения загрязняющих веществ от котельных
		г/кг; кг/т или кг/1000 м3
Топливо
	твёрдые вещества	SO2	CO	NOx
	(зола)
Уголь:
донецкий	67,6	50,4	49,0	2,21
подмосковный	70,4	48,6	25,8	0,95
новокузнецкий	53,6	7,2	51,3	2,23
Мазут:
высокосернистый (4,1 %)	6,0	54,9	37,7	2,46
малосернистый (0,5 %)	5,6	5,9	37,7	2,57
Газ	–	–	6,68	2,15

3

Величины снижения выбросов при проведении различных атмосфероохранных мероприятий по котельным отрасли приведены в таблице 2.

Таблица 2

Снижение выбросов основных загрязняющих веществ (в %) по котельным отрасли в результате проведения различных атмосфероохранных мероприятий

	Мероприятия		Снижение выбросов, %
		NOХ	SOХ	твердые	Сажа
				частицы
1.	Повышение КПД котла на 1 %	1,4	1,4	1,4	1,5
2.	Оборудование котла и котельной систе-	4,7	4,7	4,7	7
	мой КИП (пылеуловителей)
3.	Автоматизация и механизация топочных	11–14	4–7	11-14	14
	процессов
4.	Оптимизация режима работы котла	10–15	10	в 1,5–2	–
				раза
5.	Использование присадок к мазуту	20	–	в 1,5–2	10-15
				раза
6.	Обогащение и гранулирование твердого	5–15	5–15	30–60
	топлива
7.	Перевод с твердого топлива на жидкое	10–15	10–15	в 2–7 раз	в 5 раза
8.	Перевод с твердого топлива на газ	–	100	100	100
9.	Сжигание смеси из ТПБ (печное топливо)	15–20	20–25	в 5–7 раз	–
	и мазута
10.	Сжигание водо-мазутных эмульсий газа	30	-	50	50
11.	Очистка от соединений серы и окислов	в 8–10	в 3–6 раза	10	10
	азота	раза

Анализ проводимых технических мероприятий по снижению вредных выбросов указывает на их различную эффективность и вновь подтверждает безусловное преимущество перевода котельных на использование газового топлива. Существенное снижение вредных выбросов в отходящих газах котельных, в основном золы, достигается использованием аппаратов газоочистки, их эффективность составляет от 75 до 99 %.

Для уменьшения концентрации загрязняющих веществ в районе расположения котельных используют дымовые трубы, высота которых колеблется от 6 до 50 м. Дымовые трубы (рис. 2.2), не снижая количества выбросов, позволяют рассеивать вредные примеси на значительную площадь.

Это уменьшает приземную концентрацию загрязняющих веществ в атмосфере и позволяет ассимилировать их (загрязняющие вещества под действием почвенных микроорганизмов превращаются в безвредные соединения). Таким образом, существует целый ряд эффективных технических мер по уменьшению выбросов загрязняющих веществ от котельных.

4

1.2. Участки механической обработки металлов

На предприятиях железнодорожного транспорта для ремонта и изготовления различных деталей и изделий используются токарные, фрезерные, заточные, сверлильные и шлифовальные станки. При их работе в атмосферный воздух выбрасываются пыль металлов и аэрозоли. Пыль, образующаяся в процессе абразивной обработки, состоит на 30–40 % из материала абразивного круга, на 60–70 % из материала обрабатываемого изделия. Количество выделяющейся пыли зависит от размеров и твердости обрабатываемого материала, диаметра и окружной скорости круга, а также способа подачи изделия.

Применение охлаждающей жидкости, с одной стороны, снижает количество выделяющейся в воздух пыли на 80–90 %, а, с другой стороны, приводит к образованию мелкодисперсного аэрозоля (тумана), загрязняющего воздух.

Рис. 2.2. Рассеивание и ассимиляция загрязняющих веществ от дымовой трубы

5

1.3.Сборочно-разборочные участки

Всборочно-разборочных участках производится разборка, очистка, мойка и сборка после ремонта отдельных узлов и деталей. Очистка узлов производится в обдувочных и дробометных установках с выделением в воздушную среду металлической, металлоабразивной и других видов пыли. Мойка деталей и узлов осуществляется в моечных машинах и ваннах с применением растворов каустической, кальцинированной соды и моющих порошков. На предприятиях железнодорожного транспорта используют флотационные и иные устройства по очистке загрязненной воды от вредных примесей.

1.4.Участки сварки и резки металлов

На ремонтных заводах и в депо производятся электродуговая сварка электродами на фиксированных рабочих местах, общих площадках ремонтных цехов и территории, газовая сварка и резка металлов, полуавтоматическая сварка проволокой, контактная сварка, наплавка металлов, плазменная резка и сварка, а также сварка в защитной среде. На участках сварки и резки металлов состав и масса выделяющихся вредных веществ зависят от вида и режимов технологического процесса и от свойств используемых сварочных и свариваемых материалов. Характеристика вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу при различных типах сварочных работ, приведена в таблице 3.

Таблица 3

Загрязнители, выбрасываемые в атмосферный воздух при производстве сварочных работ

Сварочный процесс	Загрязнители
Термическая резка	Окись углерода, окись азота, окись металлов
Дуговая сварка	Окись углерода, азота, пыль, сварочные аэрозоли, оксиды метал-
	лов, фториды, фтористый водород
Электрошлаковая сварка	То же
Контактная сварка	Сварочные аэрозоли, оксиды металлов, марганец и его соединения

Наибольшие выделения вредных веществ происходят при ручной электродуговой сварке покрытыми электродами. Так, например, при расходе 1 кг электродов в процессе ручной дуговой сварки образуется 40 г пыли, 2 г фтористого водорода, 1,5 г оксидов углерода и азота. При полуавтоматической и автоматической сварке в защитной среде и без нее общая масса выделяемых вредных веществ меньше в 1,5–2, а при сварке под флюсом – в 4–6 раза. Химический состав выделяющейся при сварке пыли зависит в основном от состава сварочных материалов (проволоки, покрытий, флюсов) и в меньшей степени от состава свариваемых металлов.

6

При газовой и плазменной резке металлов количество выделяющихся загрязняющих веществ зависит от длины и толщины разрезаемого металла. Пыль представляет собой конденсат оксидов металлов. Размер ее частиц не превышает 2 мкм, а химический состав пыли определяется главным образом маркой разрезаемого материала. При резке обычно выделяются токсичные соединения хрома, никеля, марганца и вредные газы – оксид углерода, оксиды азота; при пламенной резке образуется также озон.

Наплавка поверхности катания крестовин, стрелочных переводов произ-

водится электродами ЦНИИИН-4. На одну крестовину наплавляется до 3 кг электродов, при этом выделяется сварочный аэрозоль, состоящий из оксидов (вес, %): железа 90–93; хрома 5–8; марганца и никеля 1; кремния 0,2; титана 0,1.

1.5. Участки механической обработки древесины

На участках механической обработки древесины в локомотивных, вагонных депо и ремонтных заводах производятся технологические процессы пиления, строгания, фрезерования и сверления древесины на деревообрабатывающих станках. Основным выделяющимся загрязняющим веществом на участках является древесная пыль.

Удельные показатели выделяемой древесной пыли зависят от времени работы и типа каждой единицы оборудования. «Чистое» время работы на том или ином станке в день определяется руководителем участка.

Для снижения выбросов древесной пыли в атмосферу используют в основном циклоны.

1.6. Медницкое отделение

При проведении медницких работ (пайке) используются мягкие припои, плавящиеся при температуре 180–230 °С. Эти припои в основном – ПОС-30, ПОС-40 и ПОС60 – содержат свинец и олово, поэтому при пайке в воздух выделяются их аэрозоли. Размер частиц составляет 0,7–7 мкм. Объемы выбросов аэрозолей зависят от продолжительности пайки и количества рабочих постов.

1.7.Участки по изготовлению пластмассовых

ирезинотехнических изделий

На ряде ремонтных предприятий производится изготовление пластмассовых и резинотехнических изделий. Технологические процессы включают в себя операции по прессованию изделий, нагреву реактопластов в литьевых машинах, таблетированию порошков и механической обработке пластмасс. На каждой операции происходит выброс загрязняющих веществ с большим перечнем на-

7

именований, например, стирол, оксид углерода, уксусная кислота, непредельные углеводороды, метилметакрилат, фенол, формальдегид, пыль и др.

1.8.Экипировка локомотивов сухим песком

Влокомотивных депо одним из технологических процессов, связанных с выделением загрязняющих веществ в атмосферный воздух, является приготовление сухого песка и заправка его в локомотивы. Песок используется для увеличения сцепления колес локомотива с рельсами и при торможении поезда. Технологический процесс приготовления сухого песка состоит из сушки песка в печи, за счет сгорания топлива и его транспортировки в емкостные хранилища и бункера. Выбросы загрязняющих веществ, связанных со сжиганием топлива, определяются по методике, используемой для котельных. Удельные выбросы пыли - оксида кремния, кг/т сухого песка составляют: сушка песка в печи – 2,0; загрузка песка в хранилище – 4,0; в раздаточный бункер – 1,5; локомотив – 7,5.

1.9.Аккумуляторные участки

Практически во всех подразделениях железнодорожного транспорта используют аккумуляторные батареи. При работе с ними в воздух выделяются газы

– водород и кислород; аэрозоли серной кислоты, щелочи, масел; свинца. Количество выделяющихся газов зависит от многих параметров процесса заряда аккумуляторных батарей – степень разрядки и изношенности батареи, температуры, времени заряда и др. Наибольшее выделение газов наблюдается в конце заряда. Основным загрязняющим веществом является аэрозоль серной кислоты.

Расчет выбросов, выделяющихся от всех источников на аккумуляторных участках, ведется через удельное выделение аэрозоля серной кислоты, которое для свинцовых аккумуляторных батарей принято равным 1 мг/Ач (ампер-час). При разборке и сборке аккумуляторных батарей при отливке свинцовых клемм и межэлементных соединений выделяется свинец. Удельный выброс свинца на единицу площади зеркала плавильного тигля, г/с м2 обычно принимают равным 0,0013. Кроме того, при разборке и сборке аккумуляторных батарей используется битумная мастика, при разогреве которой выделяется аэрозоль масла, для которого за удельный выброс принимают 0,003 г/с м2.

1.10. Шпалопропиточные предприятия

На шпалопропиточных заводах (ШПЗ) железнодорожного транспорта производится подготовка и пропитка деревянных шпал, идущих на восстановление, ремонт и строительство железнодорожного полотна. ШПЗ являются потребителями большого количества химических веществ, поэтому и выбросы загрязнителей в воздушную среду отличаются большим многообразием.

8

Шпалы пропитываются антисептиком, в составе которого используются каменноугольные и сланцевые масла. Процесс пропитки длится от 2 до 8 часов в зависимости от способа пропитки и породы древесины при температуре около 200 °С. Пропитанные шпалы подаются на склад готовой продукции.

Пропитка шпал антисептиком сопровождается выделением в воздушную среду нафталина, антрацена, аценафтена, бензола, толуола, этилбензола, ксилола и фенола. Качественный и количественный состав выделяющихся газов при пропитке шпал каменноугольным маслом почти вдвое снижается за счет применения нефтяного разбавителя. Выбросы от места пропитки шпал выводятся через воздуховоды местной и вытяжной общеобменной вентиляции. Остывание пропитанных шпал происходит на открытом воздухе, поэтому выбросы без очистки поступают в атмосферу.

Генеральным направлением в экологическом оздоровлении ШПЗ является усовершенствование технологических процессов, обеспечивающих максимальное сокращение, либо полную ликвидацию выбросов в атмосферу.

1.11. Окрасочные цеха и участки

Под нанесением окрасочного покрытия понимают нанесение на поверхность изделия декоративных или защитных материалов в жидкой или порошкообразной форме. Такими материалами служат обычные краски на растворителях, полироли, лаки и водорастворимые краски. Выбросы летучих органических соединений (ЛОС) возникают вследствие испарения растворителей, входящих в состав красок или применяемых для очистки поверхности перед окрашиванием. Основным фактором, влияющим на величину выбросов, является количество летучего вещества, содержащегося в краске. Обычные краски содержат примерно 50 % сухого вещества и 50 % органических растворителей. Кроме того, для уменьшения толщины покрытия к краске перед применением могут добавляться и другие растворители. Для удаления растворителей после нанесения покрытия поверхность подвергается воздушной или тепловой сушке.

Технология окрашивания развивается быстрыми темпами и в результате интенсивных исследований становится возможным применение так называемых альтернативных красок с низким содержанием растворителя. В некоторых альтернативных красках все же содержится некоторое количество растворителя, например, в краске на водной основе и в покрытии с высоким содержанием сухого остатка. Содержание органических растворителей в таких покрытиях составляет менее 30 %. Покрытия из порошкового материала вообще не содержат органических растворителей.

В России технологический процесс окрашивания кузовов подвижного состава состоит из подготовки поверхности под окраску, нанесения лакокрасочных материалов, сушки и декоративной отделки покрытия. Качество лакокрасочных покрытий зависит от качества подготовки окрашиваемых поверхностей. Вагон очи-

9

щают и промывают кислыми или щелочными моющими средствами в соответствии с технологической инструкцией ТИ 32-ЦЛ-18/61-99. Подвагонное оборудование и все поверхности под вагоном перед окрашиванием очищают от грязи, наслоений ржавчины и промывают 2–3 % растворами моющих средств в соответствии с технологической инструкцией ТИ 020-01124328-00.

При обмывке подвижного состава в атмосферный воздух может выделяться: пыли до 10 мг/м3, паров щелочи (едкого натра) – до 1,5–2,0 мг/м3, карбоната натрия до 1,0–5,0 мг/м3. После обмывки металлические поверхности, подлежащие окрашиванию, очищают от ржавчины, старого разрушившегося покрытия, потеков, наплывов, утолщений и т.п. Старую краску снимают механическим, химическим, термическим или смешанным способами.

При механической зачистке с помощью щеток, абразивов, дробеструйным способом в воздух выделяются оксиды железа, пленкообразующие вещества, пигменты – оксиды свинца, хрома, цинка, титана, входящие в состав лакокрасочных материалов. Загрязнение воздушной среды зависит от рецептуры используемых средств. Например, кислотная очищающая паста состоит из кислот серной, соляной, фосфорной, керосина, воды и инфузорной земли.

Термическая очистка поверхностей от краски состоит в обработке ее кисло- родно-ацетиленовым или газовым пламенем с помощью специальной горелки. Вспученную при нагреве краску удаляют шпателем. При такой технологии в воздушную среду, наряду с оксидом углерода и углеводородами, источником которых являются сжигаемые в горелках газы, выделяются продукты термоокислительной деструкции и горения пленкообразующих веществ, оксиды свинца, хрома, цинка, титана, входящие в состав лакокрасочных материалов.

Старый окрасочный слой, величина которого составляет в среднем 50 % по ГОСТ 17437, подлежит утилизации. Норма расхода лакокрасочных материалов составляет 108 кг на один вагон (ЦЛПВ-46; ЦХН-1). Сухой остаток окрасочного слоя составит 54 кг; остальные 54 кг теряются в виде аэрозоля и паров.

Окраска (нанесение лакокрасочных материалов) подвижного состава производится в основном кистью и валиком. Подвагонное оборудование окрашивается методом пневматического распыления на открытом воздухе. При окраске кистью и валиком в воздух рабочей зоны попадают лишь пары растворителей, а при пневматическом – практически все ингредиенты лакокрасочных материалов.

Подготовка поверхности кузова под окраску включает в себя также грунтование, шпатлевание и шлифование. Лакокрасочные материалы представляют собой многокомпонентные смеси, включающие в себя различные пленкообразующие вещества, пластификаторы, пигменты и растворители.

Нанесение лакокрасочных покрытий сопровождается выделением в воздушную среду паров растворителей и аэрозоля краски. При использовании растворителей, шпатлевок, грунтовок, лаков и эмалей поступающие в воздух пары содержат: ацетон, бензол, бутил ацетат, бутиловый спирт, ксилол, метилэтилкетон, сольвент-нафта, толуол, уайт-спирит, хлорбензол, циклогексан, этилгли-

10