1.4 Нормирование атмосферных загрязнений

Основной физической характеристикой примесей атмосферы является их концентрация (мг/м³). Концентрация примесей определяет физическое, химическое и другие виды воздействия вещества на окружающую среду и является основным параметром при нормировании атмосферных загрязнений.

Нормативы содержания загрязняющих веществ в воздухе представляют собой предельно допустимые концентрации (ПДК).

ПДК – это концентрация вредного вещества в окружающей среде, которая при постоянном контакте или при воздействии в определённый промежуток времени практически не оказывает влияния на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства 5.

С позиций экологии ПДК вредных веществ имеют смысл верхнего предела устойчивости организма, при превышении которого то или иное вещество (т.е. фактор) становится лимитирующим 1.

Наиболее характерными воздействиями вредных веществ на организм являются токсические и рефлекторные воздействия. Это обстоятельство вызвало необходимость установления для загрязняющих веществ двух видов ПДК: максимальную разовую и среднесуточную.

Максимальная разовая величина ПДК не должна допускать рефлекторных реакций человека (насморк, ощущение запаха и т.п.).

Среднесуточная ПДК не должна допускать токсичного, канцерогенного, мутагенного воздействия.

При проектировании предприятий в районах, где атмосферный воздух уже загрязнён выбросами от других действующих предприятий, необходимо нормировать их выбросы с учётом уже присутствующих в воздухе примесей (фоновой концентрации).

Если имеется несколько источников выбросов, требование к качеству воздуха населённого пункта выглядит следующим образом:

,

где C_i - наибольшая концентрация вредного вещества в воздухе населённого пункта от i–го источника;

С_ф – значение фоновой концентрации;

N – число источников, через которые данное вещество поступает в воздух.

При наличии выбросов нескольких веществ, обладающих эффектом суммации, условия санитарных норм будут выполнены, если

.

Для регулирования выбросов вредных веществ в атмосферу используются индивидуальные для каждого вещества и предприятия нормы предельно допустимых выбросов (ПДВ), которые учитывают количество источников, их высоту, распределение выбросов во времени и пространстве и другие факторы.

Предельно допустимые выбросы – предельное количество вредного вещества, разрешаемое к выбросу от данного источника, которое не создаёт приземную концентрацию, опасную для людей, животного и растительного мира. ПДВ – расчётная величина, определяемая по формулам и с помощью специальных программ на ЭВМ. Каждое предприятие должно иметь согласованный с местным органом охраны природы перечень (том) ПДВ.

1.5 Уменьшение загрязнения воздушной среды

1.5.1 Уменьшение загрязнения от промышленных предприятий

Существует ряд мероприятий, направленных одновременно на уменьшение загрязнения внутренней и наружной среды. Рассмотрим некоторые из них 7:

- уменьшение загрязнения внутренней производственной среды, которое может быть достигнуто:

1) заменой токсичных веществ, обращающихся в технологическом процессе, нетоксичными или малотоксичными, т.е. совершенствованием технологического процесса;

2. использованием выбросов для других процессов и производств, т.е. созданием малоотходных технологий;

3) герметизацией аппаратуры и коммуникаций, проведением технологических процессов в вакууме. При невозможности герметизации в местах выделения вредных веществ устраивают вентиляционные укрытия и отсосы;

4) гидроподавлением – разбрызгиванием на источник пыли воды;

5) проведением технологических процессов с выделением особо токсичных веществ в изолированных помещениях с применением роботов и манипуляторов;

- очистка технологических и вентиляционных выбросов - улавливание взвешенных частиц. Для улавливания взвешенных частиц применяются аппараты сухой и мокрой очистки.

Работа сухих аппаратов основана на использовании гравитационных, инерционных, центробежных или фильтрационных механизмов осаждения.

В электрофильтрах – сообщение взвешенные частицы получают электрический заряд и осаждаются на электроде.

В мокрых пылеуловителях используется контакт запылённых газов с жидкостью.

На рисунке 1.1 представлена схема циклона. Газопылевая смесь подводится к корпусу циклона тангенциально, поэтому частички пыли, вращаясь около внутренней поверхности корпуса, осаждаются под действием центробежных сил и удаляются снизу, а очищенный газ через расположенную в центре трубу уходит в атмосферу. Для повышения эффективности пылеулавливания применяют гидроциклоны, в которых внутренняя поверхность корпуса смачивается водой.

1 – загрязненный поток; 2 – улов-ленная взвесь; 3 – очищенный воздух Рисунок 1.1 – Схема циклона

1 – загрязненный газ; 2 – корпус; 3 – встряхивающее устройство; 4 – очищенный газ; 5 – рукава; 6 – распределительная решетка; 7 – пыль Рисунок 1.2 – Рукавный фильтр

Распространёнными пылеуловителями являются матерчатые рукавные фильтры, где пыль задерживается на ворсистом материале (рисунок 1.2). Корпус фильтра представляет собой металлический шкаф, разделённый вертикальными перегородками на секции, в каждой из которых размещена группа фильтрующих рукавов. Верхние концы рукавов заглушены и подвешены к раме, соединённой со встряхивающим механизмом, внизу имеется бункер для пыли.

Более эффективными аппаратами для улавливания пыли являются электрофильтры, устанавливаемые, например, в котельных теплоэлектро-станций для улавливания сажи и золы. Схема простейшего электрофильтра, иллюстрирующая принцип его действия, представлена на рисунке 1.3. Под действием соответствующей разности потенциалов между электродами 2 и 3 создаётся коронный разряд, поставляющий в междуэлектродное пространство электроны. Очищаемый поток газов проходит через пространство между электродами, где частицы пыли заряжаются (посредством "прилипания" к ним электронов), и основная их масса оседает на осадительном электроде.

Большое распространение для очистки воздуха от взвешенных частиц получили аппараты мокрой очистки: ротоклоны, барботеры, скрубберы. На рисунке 1.4 представлена схема полого форсуночного скруббера 8. Он представляет собой колонну круглого или прямоугольного сечения, в которой осуществляется контакт между газом и каплями жидкости.

1 – загрязненный поток; 2 – осадите- льный электрод; 3 - коронирующий электрод; 4 – очищенный поток; 5 - взвесь Рисунок 1.3 – Схема электрофильтра

1 – запыленный газ; 2 – форсунки; 3 – очищенный газ; 4 – корпус; 5 – шлам Рисунок 1.4 – Схема скруббера

Для очистки технологических и вентиляционных выбросов от газообразных примесей применяются адсорберы и абсорберы.

В адсорберах (рисунок 1.5) очищаемый поток пронизывает слой адсорбента, который связывает вредные газы и пары. Существуют адсорберы с неподвижным слоем адсорбента и с так называемым «кипящим» слоем, где адсорбент поддерживается во взвешенном состоянии. В абсорберах (рисунок 6) для очистки применяют жидкие вещества: воду или растворы солей, поглощающие газообразные примеси.

Термическая нейтрализация основана на способности горючих газов и паров, входящих в состав технологических или вентиляционных выбросов, сгорать с образованием менее токсичных веществ. Для этого используют нейтрализаторы 8,11. Различают три схемы термической нейтрализации: прямое сжигание; термическое окисление; каталитическое дожигание.

Прямое сжигание используют в тех случаях, когда очищаемые газы обладают значительной энергией, достаточной для поддержания горения. Примером такого процесса является факельное сжигание горючих отходов. Так нейтрализуют циановодород в вертикально направленных факелах на нефтехимических заводах. Существуют схемы камерного сжигания отходов, которые можно использовать для нейтрализации паров токсичных горючих или окислителей при их сдувах из емкостей.

1 – сетка; 2 – адсорбент; 3 – очи- щенный поток; 4 – загрязнен- ный поток Рисунок 1.5 – Схема адсорбера

1 – абсорбент; 2 – очищенный поток; 3 – насадка; 4 – сетка; 5 – загрязнен-ный поток; 6 – выброс в канали- зацию Рисунок 1.6 – Схема абсорбера

Термическое окисление применяется в тех случаях, когда очища-емые газы имеют высокую температуру, но не содержат достаточно кислорода или когда концентрация горючих веществ незначительна и недостаточна для поддержания горения. В первом случае процесс термического окисления проводят в камере с подачей свежего воздуха (дожигание оксида углерода и углеводородов), а во втором – при подаче дополнительно природного газа.

Каталитическое дожигание используют для превращения токсичных компонентов, содержащихся в отходящих газах, в нетоксичные или менее токсичные путем их контакта с катализаторами. Для реализации процесса необходимо, кроме катализаторов, поддержание таких параметров газового потока, как температура и скорость газов. В качестве катализаторов используют платину, палладий, медь и др. Температуры начала каталитических реакций газов и паров изменяются в пределах 200…400С. Объемные скорости процесса каталитического дожигания обычно устанавливают в пределах 2000…6000 ч^-1 (объемная скорость – отношение скорости движения газов к объему катализатороной массы). Каталитические нейтрализаторы применяют для обезвреживания оксида углерода, летучих углеводородов, растворителей и т.п.

Уменьшение загрязнения воздушной среды может быть достигнуто и при строительстве промышленных предприятий в районах с отсутствием температурных инверсий.