0_Ecology

Предельно допустимые концентрации

Принципы предельно допустимых концентраций — это важная мера профилактики профессиональных интоксикаций, критерий при организации производства и условий труда. Предложенные предельно допустимые концентрации главным санитарным врачом Российской Федерации вносятся в государственные стандарты.

Исследования для обоснования предельно допустимых концентраций

•Определяется токсичность и характер действия вещества при однократном воздействии на организм ( при вдыхании, введении в желудок, нанесении на кожу). Опыты проводят на белых мышах и определяют 50 и 50 — концентрации вещества, вызывающие гибель половины взятых в опыт животных соответственно при игналяционном способе и при введении в желудок.

•Исследуют кожно-резорбтивное27 и сенсибилизирующее действия (второе — только в случаях, когда имеется химическое сходство с аллергенами или при сообщении со случаями аллергии на вещество).

•Устанавливают пороги острого токсического и раздражающего действий. При определении порогов токсического действия обычно используют интегральные показатели. Пороги раздражающего действия устанавливаются сначала у животных, а затем у людей (добровольцев). Это важно для оценки зон острого токсичного воздействия.

•Определяют характер действия и способность к аккумуляции (накоплению в организме).

•Проводят всестороннее изучение действия вещества на организм в хронологическом опыте, включая отдалённое воздействие, с ингаляционными затравками по четыре часа девять раз в неделю на протяжении четырёх месяцев.

При обосновании предельно допустимых концентраций веществ за основу принимают пороговые концентрации в хронологическом опыте, которые снижают в несколько раз. На сегодняшний день установлены предельно допустимые концентрации для 2500 соединений.

27Резорбтивное действие — действие лекарственных средств или токсичных веществ, проявляющееся после всасывания их в кровь.

20

Атмосфера

Атмосфера — это абиотический комплекс биосферы, газовая оболочка Земли. Масса атмосферы — примерно 1, 2 · 1015 тонн. Атмосфера делится на несколько зон по высоте.

	Таблица 3: Слои атмосферы
Слой		Характеристики
Тропосфера		находится на высоте 8–18 км над уровнем моря; раз-
		брос температур от -500 до +400
Стратосфера		находится на высоте 11–50 км над уровнем моря; раз-
		брос температур от -500 до +100 — здесь основная
		часть озона (который нагревается при поглощении
		ультрафиолета)
Термосфера		находится на высоте 80–500 км — здесь температура
		достигает 16000

Состав воздуха у поверхности: 78% азота, 21% кислорода, 0,95% аргона, 0,04% углекислого газа, 2 · 10−6% озона, прочие вещества (водород, гелий, метан 4, оксиды азота

).

Роль атмосферы

•состояние атмосферы определяет географические зоны;

•атмосфера снижает излучение из космоса и сдерживает колебания температур.

Таблица 4: Основные источники загрязнения атмосферного воздуха

Антропогенные	Естественные
жилица, транспорт, промышленность, радиоактив-	космическая пыль, вулка-
ные вещества, аварии АЭС	ны, выветривание

Классификация выбросов

•по агрегатному состоянию: гозообразные/парообразные, жидкие (концентраты, щёлочи, растворы солей), твёрдые (канцерагены, свинец и его соединения, органическая и неорганическая пыль, смолы, сажа);

•по массовому выбросу (в тоннах в сутки): менее 0,01, 01–0,1, 0,1–1, 1–10, 10–100, более 100.

21

Чистота воздуха

Пыль над городами (1,5–2 км) задерживает 20% солнечного света. Естественный уровень считается фоновым и мало меняется со временем.

Предельно допустимая концентрация вредного вещества — такая концентрация загрязнителя в атмосфере воздуха, которая не оказывает на человека прямого или косвенного вредного/неприятного воздействия.

Максимально разовая предельно допустимая концентрация — это предельно допустимая концентрация, которая устанавливается для предупреждения рефлекторных реакций у человека (ощущения запаха, световой чувствительности глаз) при кратковременном воздействии атмосферных загрязнений, то есть до 20 минут.

Максимально разовая предельно допустимая концентрация является основной характеристикой опасности вредного вещества. При этом наибольшая концентрация каждого вредного вещества в приземном слое атмосферы не должна превышать максимально разовую предельно допустимую концентрацию.

Нормирование примесей в атмосферном воздухе

Таблица 5: Нормирование примесей в атмосферном воздухе

Рабочая зона28		Санитарно-защитная зона	Зона жилой застройки
предельно	допустимая	30% от предельно допу-	Среднесуточная предель-
концентрация	рабочей	стимой концентрации ра-	но допустимая концентра-
зоны		бочей зоны	ция

Для оценки загрязнения воздуха на территориях курорта, либо местах массового отдыха используется 80% предельно допустимой концентрации вредного вещества в атмосферном воздухе.

С целью защиты зон, на которых расположены жилые массивы, от воздействия загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу с промышленными выбросами, предприятия отделяются свободными территориями, т.е. санитарно-защитными зонами.

22

Санитарно-защитная зона — это территория определённой протяжённости и ширины, располагающаяся между предприятиями, то есть источниками загрязнения, и границами зон жилой застройки. Протяжённость санитарно-защитной зоны устанавливается таким образом, чтобы содержание вредных примесей в атмосферном воздухе снижалось путём рассеивания их до безопасных уровней на границе санитарно-защитной зоны.

Каждому предприятию в соответствии со степенью опасности присваивается определённый класс. В зависимости от класса устанавливается нормативная ширина

санитарно-защитной зоны.

Минимальные протяжённости санитарнорно-защитных зон

•I класс — 1000 м;

•II класс — 500 м;

•III класс — 300 м;

•IV класс — 100 м;

•V класс — 50 м.

Утверждение на санитарно-защитные зоны заключает главный санитарный врач страны.

Как правило в санитарно-защитной зоне сосредоточено несколько вредных веществ, обладающих однонаправленным действием. Например, при соединении азота и углеводорода под воздействием солнечного света могут образовываться фотооксиданты, обладающие окислительными свойствами, оказывающие раздражающее действие на слизистые оболочки, то есть это продукты фотохимических реакций, токсичность которых в несколько раз выше, чем у исходных компонентов. Эффектом однонаправленного действия обладают: серный ангидрид, диоксид азота, сероводород и другие.

Предельно допустимый выброс вредных веществ определяется для источника веществ из условия, что выбросы от данного источника в совокупности с выбросами другого источника населённого пункта с учётом развития предприятий не создадут концентрацию, выше предельно допустимой для населения, животного и растительного мира. Предельно допустимый выброс измеряется в граммах в секунду.

23

Расчёт рассеивания выбросов загрязняющих веществ в атмосфере

Предельно допустимые выбросы загрязняющих веществ промышленными предприятиями регламентируется следующими документами: ГОСТ-17.23.02-7829, СН-24430, ОНД-8631. Указанные документы определяют предельно допустимый выбросВ для каждого конкретного предприятия из условия, что сумма создаваемых всеми предприятиями предельных концентраций данного вещества или их комбинации не превышают предельно допустимую концентрацию. Максимальное значение предельно допустимой концентрации для горячих точечных источников рассчитывается по формуле

=		,
	1
	( 2 ( 1 ( Г − В))3 )

где — высота трубы, — расход выбрасываемого в атмосферу вещества (мощность выброса), Г и В — температуры выбрасываемых газов и атмосферы, 1 — полный объём выбрасываемых газов, — коэффициент, учитывающий рассеивающее свойство атмосферы, который определяется климатической зоной (для Московской области = 0, 5), — коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере, и — коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной среды из устья источника выброса.

1

= 2 ( 1 ( Г − В))3

Регламентация выбросов в атмосферу осуществляется путём установления предельно допустимых выбросов вредных веществ.

29ГОСТ 17.23.02-78. Охрана природы. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями.

30СН-244. Санитарные нормы. Проектирование промышленных предприятий.

31ОНД-86. Общесоюзный нормативный документ. Методика расчёта концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятия.

24

Защита атмосферного воздуха от загрязнения

Выбор методов защиты атмосферного воздуха от загрязнений зависит от типа источника загрязнения, от агрегатного состояния вредных веществ, от размеров частиц выбросов. Вредные вещества могут находиться в воздухе в парообразном виде и в виде аэрозолей (твёрдые или жидкие частицы, взвешенные в воздухе). Туманы — аэрозоли с жидкой дисперсной фазой. Пыль — аэрозоли с твёрдой дисперсной фазой.

Для защиты атмосферного воздуха от загрязнений промышленными пылями и туманами применяются различные пылеулавливающие и туманоулавливающие установки. По принципу действия различают сухие и мокрые пылеуловители, фильтры и электрофильтры. Применение того или иного типа пылеулавливающих установок зависит от концентрации примесей в воздухе.

Таблица 6: Очистка

Виды очистки воздуха	Размеры частиц	Установки
грубая	более 50 мкн	Сухие пылеуловители
средняя	около 50 мкн	Сухие пылеуловители
тонкая	менее 50 мкн	Фильтры

Сухие пылеуловители применяют при высоких концентрациях примесей в воздухе, а фильтры — при тонкой очистке воздуха.

Показатели оценки эффективности очистки газов

• общая эффективность очистки: 1 = вх − Свых ;

вх

• фракционная эффективность очистки: = вх − Свых ;

вх

• коэффициент проскока: = Свых = 1 − ;

вх

•гидравлическое сопротивление32 пылеуловителей: = вх − вых = 2 2 ;

•удельная пылеёмкость пылеуловителей или фильтров;

•производительность по очищаемому газу;

•энергоёмкость.

32Шидравлическое сопротивление — опротивление движению жидкостей (и газов), оказываемое трубопроводом.

25

Сухие пылеуловители

К простейшим устройствам относятся пылеосадочные камеры, работа которых основана на осаждении частиц под действием силы тяжести и инерции. Гравитационное осаждение действенно лишь для крупных частиц диаметром 50–100 мкм, причём степень очистки составляет не более 40–50%.

Аппараты центробежного действия

Наиболее распространены установки сухого пылеулавнивания — циклоны. Осаждение загрязняющих частиц в циклонах происходит под действием центробежного эффекта, который сильнее проявляется у крупных частиц. При уменьшении диаметра циклона и укрупнении диаметра частиц повышается эффективность.

Рис. 1: Циклон

К центробежным аппаратам относятся пылеуловители ротационного действия, особенностью которых является то, что в одном аппарате совмещён побудитель (вентилятор) и пылеуловитель. Благодаря этому аппарат более компактен, чем установка, состоящая из вентилятора и пылеулавливающего устройства. Ротационный пылеуловитель потребляет меньше электроэнергии, чем вентилятор и пылеуловитель в сумме.

26

Большая часть ротационных пылеуловителей относится к группе, в которой запылённый поток поступает в центральную часть колеса, вращающегося в кожухе. Под действием центробежных сил пылевые частицы отбрасываютсмя на периферию диска и оттуда поступают в пылесборник.

Ротационные пылеуловители

Рис. 2: Ротационный пылеуловитель

Компоновка простейшего пылеуловителя

1.вращающееся колесо вентилтора;

2.спиралеобразный кожух;

3.выхлопное отверстие для пыли.

4.выхлопное отверстие для воздуха.

Пыль отводится в пылевой бункер, а очищенный газ поступает в выхлопную трубу.

Высокая эффективность очистки такими аппаратами достигается при улавливании крупных частиц пыли свыше 20–40 мкн.

Жалюзийный пылеуловитель позволяет производить разделение газового потока на очищенный и обогащённый пылью газ. С помощью решётки газовый поток с расходом разделяется на два потока с расходами, равными соответственно 1=0,8–0,9 и 2 = 0, 8 1. Отделение пыли происходит под действием инерционных сил, возникающих при повороте газового потока на входе в жалюзийную решётку, а также за счёт эффекта отражения частиц от поверхности решётки при соударении с ней. Обогащённый пылью газовый поток после

27

жалюзийной решётки направляется к циклону, где очищается от частиц и вновь вводится в

трубопровод за жалюзийной решёткой.

Рис. 3: Жалюзийный пылеуловитель

Жалюзийные пылеотделители отличаются простотой конструкции и хорошо компонуются в газоходах. Эффективность очистки — 80% и более для частиц размером более 20 мкн. Они работают при температурах 460–6000 .

Мокрые пылеуловители

Широкое применение для очистки газов и воздуха от мелкодисперсной пыли диаметром частиц более 0,3–1 мкн, а, кроме того, для очистки пыли от взрывоопасных и имеющих высокую температуру газов, нашли мокрые пылеуловители.

Принцип действия заключается в осаждении частиц пыли на поверхности капель или плёнки жидкости за счёт сил инерции и броуновского движения33. Силы инерции зависят от массы капель, частиц пыли, скорости их движения. Частицы пыли меньше 1 мкн не обладают достаточной энергией, а обычно огибают капли и жидкостью не улавливаются.

Типы мокрых пылеуловителей

•скрубберы34 Вентури35;

•форсуночные36 и центробежные;

•аппараты ударно-инерционного типа;

•барботажно-пенные37 аппараты.

33Броуновское движение — в естествознании, беспорядочное движение микроскопических, видимых, взвешенных в жидкости (или газе) частиц твёрдого вещества, вызываемое тепловым движением частиц жидкости (или газа)

34Скруббер — устройство, используемое для очистки твёрдых или газообразных сред от примесей в различных химико-технологических процессах.

35Джованни Баттиста Вентури (174-1822) — итальянский ученый, известен работами в области гидравлики, теории света и оптики.

36Форсунка — механический распылитель жидкости или газа.

37Барботаж — это процесс пропускания газа или пара через слой жидкости.

28

Наибольшее распространение получели скрубберы Вентури. Основная часть скруббера — сопло Вентури (2), в которое подводится запылённый поток газа через центробежные форсунки (1), в которые также поступает жидкость. В конфузорной38 части сопла происходит разгон газа от входной скорости 15–20 м/с до скорости 200–300 м/с и более. Процесс осаждения частиц пыли на каплях жидкости обусловлен массой жидкости, пложадью поверхности капель и высокой относительной скоростью частиц жидкости и пыли в конфузорной части сопла.

Рис. 4: Скруббер Вентури

Эффективности очистки зависит от равномерности распределения жидкости по сечению конфузорной части сопла.

В диффузорной39 части (3) сопла скорость потока падает до 15–20 м/с. Скрубберы Вентури обеспечивают высокую эффективность очистки аэрозолей со средним размером частиц 1–2 мкн при начальной концентрации 100 г/м3.

Достоинства мокрых пылеуловителей

•простота конструкции и сравнительно невысокая стоимость;

•более высокая эффективность по сравнению с пылеочистителями центробежного типа;

•меньшие габариты по сравнению с тканевыми и электрофильтрами;

•возможность использования при высокой температуре и повышенной влажности газа;

•возможность работы со взрывоопасными газами.

38Конфузор — часть канала, в которой происходит соединение и плавный переход большего сечения в меньшее.

39Диффузор — часть канала, в которой происходит соединение и плавный переход меньшего сечения в большее.

29