Состав и расчет выбросов загрязняющих вещест.
Промышленные предприятия.
Окружающий человека атмосферный воздух непрерывно подвергается загрязнению.
Воздух производственных помещений загрязняется выбросами технологического оборудования или при проведении технологических процессов без локализации отходящих веществ.
Удаляемый из помещения вентиляционный воздух может стать причиной загрязнения атмосферного воздуха промышленных площадок и населенных мест. Кроме того, воздух промышленных площадок и населенных мест загрязняется технологическими выбросами цехов, выбросами ТЭС, транспортных средств и других источников.
Воздух жилых помещений загрязняется продуктами сгорания природного газа и другого топлива, испарениями растворителей, моющих средств, древесно – стружечных конструкций и т.п., а также токсичными веществами, поступающими в жилые помещения с приточным вентиляционным воздухом. В летний период (при температуре 
) в жилые помещения протекает около 90% примесей нормального воздуха, а в переходный период (при наружной температуре 
) - 40%.
Номенклатура токсичных примесей в воздухе производственных помещений и в технологических выбросах промышленного объекта определяется совокупностью технологических процессов, видом используемого сырья и материалов, характеристиками применяемых машин и оборудования.
Современное машиностроение развивается на базе крупных производственных объединений, включающих заготовительные и кузнечно – прессовые цехи, цехи термической и механической обработки металла, цехи покрытий и крупное литейное производство. Также в состав многих предприятий входят испытательные станции, ТЭЦ и вспомогательные подразделения. В производственном процессе используют широко сварочные работы, механическую обработку металлов, переработку неметаллических материалов, лакокрасочные операции и т.п.
Для каждой отрасли источники и выбросы в атмосферный воздух рассматриваются и рассчитываются по своим методикам. Например, для машиностроительного производства:
Масса выброса i-го загрязняющего вещества: 
,
где 
- удельное выделение i-го загрязняющего вещества на единицу продукции;
П – расчетная производительность технологического оборудования, агрегата, процесса;
k – это поправочный коэффициент для учета особенностей технологического процесса;
- эффективность средств очистки выбросов в долях единицы (при отсутствии их =0).
Энергетические установки и транспорт.
Много загрязняющих веществ поступает в атмосферный воздух от энергетических установок, работающих на углеводородном топливе (бензине, керосине, мазуте, угле, дизельном топливе и т.п.). Количество этих веществ определяется составом массой сжигаемого топлива и организацией процесса сгорания.
Основными источниками загрязнения атмосферы являются транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) и тепловые электростанции (ТЭС). Доля загрязнений, приходится и на газотурбинные двигательные установки (ГТДУ) и ракетные двигатели (РД) (аэродромы, испытательные станции, стартовые площадки).
Основные компоненты, выбрасываемые в атмосферу при сжигании различных видов топлива в энергетических установках – нетоксичные диоксид углерода и водяной пар, кроме того оксид углерода, оксиды серы, азота, соединения свинца, сажа, углеводороды (канцерогенный бензапирен), несгоревшие частицы твердого топлива и т.д.
Перевод котлов на жидкое топливо (мазут) существенно снижает образование золы, но практически не снижает выбросы диоксида серы, т.к. мазуты, применяемые в качестве топлива, содержат 2 % и более серы и, кроме того, оксиды азота, газообразные и твердые продукты неполного сгорания, соединения тяжелых металлов.
Автомобильный транспорт относится к движущимся источникам загрязнения, широко встречающимся в жилых районах и местах отдыха.
В состав отработавших газов ДВС входят несколько десятков компонентов: токсичные – оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, альдегиды, сажа, бензапирен; нетоксичные – азот, кислород, пары воды, диоксид углерода, водород.
Дизельные ДВС выбрасывают в большом количестве сажу, которая в чистом виде нетоксична, но ее частицы обладают высокой адсорбционной способностью, несут на своей поверхности частицы токсичных веществ, в том числе канцерогенных, также сажа может длительное время находиться во взвешенном состоянии в воздухе, увеличивая воздействие токсичных веществ на человека.
Количество выбросов вредных веществ зависит от технического состояния автомобиля. Этилированый бензин, вызывает загрязнение атмосферного воздуха токсичными соединениями свинца.
Выхлопные газы ГТДУ содержат токсичные компоненты: оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, сажу, альдегиды и другие.
Содержание токсичных составляющих в продуктах сгорания существенно зависит от режима работы двигателя: - большая концентрации оксида углерода и углеводородов характерны для пониженных режимов (холостого хода, руления, приближения к аэропорту, при заходе на посадку), повышенное содержание оксидов азота - при работе на режимах близких к номинальному (взлет, набор высоты, полетный режим).
Загрязнение воздушной среды транспортом с ракетными двигательными установками происходит главным образом при их работе перед стартом, при взлете, при наземных испытаниях, в процессе их производства или после ремонта, при хранении и транспортировке топлива. Состав продуктов сгорания при работе таких двигателей определяется составом компонентов топлива, температурой сгорания, процессами диссоциации и рекомбинации молекул. Количество продуктов сгорания зависит от мощности (тяги) двигательных установок.
При сгорании твердого топлива выбрасывается пары воды, диоксид углерода, хлор, пары соляной кислоты, оксид углерода, оксид азота, а также твердые частицы.
После запуска образуется облако продуктов сгорания, водяного пара, песка, пыли. На высоте 3 км. оно может рассеяться, а может стать причиной кислотных дождей.
Масштабы разрушения ракетными двигателями озонового слоя определяются числом запусков ракетных систем и интенсивностью полетов сверхзвуковых самолетов.
40 вопрос
| Защита атмосферы от вредных выбросов Защита атмосферы от вредных выбросов и выделений сводится к обеспечению концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны и приземном слое атмосферы, равным или менее ПДК. Это достигается применением следующих методов и средств: * рациональное размещение источников вредных выбросов по отношению к населенным зонам и рабочим местам; * рассеиванием вредных веществ в атмосфере для снижения концентраций в её приземном слое, удалением вредных выделений от источника образования посредством местной или общеобменной вытяжной вентиляции; * применением средств очистки воздуха от вредных веществ; * применением СИЗ. Рациональное размещение предусматривает максимально возможное удаление промышленных объектов − загрязнителей воздуха от населенных зон, создание вокруг них санитарно − защитных зон; учет рельефа местности и преобладающего направления ветра при размещении источников загрязнений и жилых зон по отношению друг к другу. В частности, промышленное предприятие необходимо располагать по отношению к жилому массиву с учетом направления ветра и расположением предприятий на возвышенных, хорошо продуваемых местах. Системы очистки. Основными параметрами систем очистки воздуха (газа) являются эффективность и гидравлическое сопротивление. Эффективность определяет концентрацию вредной примеси на выходе из аппарата, а гидравлическое сопротивление − затраты энергии на пропуск очищаемых газов через аппараты. Чем выше эффективность и меньше гидравлическое сопротивление, тем лучше. Номенклатура существующих газоочистных аппаратов значительна, а их технические возможности позволяют обеспечивать высокие степени очистки отходящих газов практически по всем веществам. Для очистки отходящих газов от пыли имеется широкий выбор аппаратов, которые можно разделить на две большие группы: сухие и мокрые (скрубберы), орошаемые водой. Рассмотрим лишь некоторые из них, получившие наибольшее распространение в технике пылеулавливания. Пылеуловители сухого типа. Широкое распространение получили циклоны различных видов: * одиночные; * групповые; * батарейные. Существует много различных типов циклонов, но наибольшее распространение получили циклоны типов ЦН и СК − ЦН (СК − сажевые конические), с помощью которых можно решить большинство задач по пылеулавливанию. Разработана номенклатура стандартных циклонов с диаметром цилиндрической части от 200 до 3000 мм. Все размеры, необходимые для изготовления циклона, представлены в Циклоны с диаметром более 1 м применять не рекомендуется. Лучше применять групповые циклоны, в которых несколько одиночных циклонов (как правило, 4 или 6) сгруппированы в один блок обычно с единым пылевым бункером и выходной камерой. Для очистки больших объемов газа с высокой эффективностью применяют батарейные циклоны, у которых в общем корпусе располагается большое число циклонных элементов. Циклоны можно применять при концентрациях пыли на входе до 400 г/м3, при температурах газов до 500оС. Однако существуют проблемы при улавливании слипающихся и пожаровзрывоопасных пылей. В технике пылеулавливания широко применяют фильтры, которые обеспечивают высокую эффективность улавливания крупных и мелких частиц. Процесс очистки заключается в пропускании очищаемого газа через пористую перегородку или слой пористого материала. Перегородка работает как сито, не пропуская частицы с размером, большим диаметра пор. Частицы же меньшего размера проникают внутрь перегородки и задерживаются там за счет инерционных, электрических и диффузионных механизмов улавливания, некоторые просто заклиниваются в искривленных и разветвленных поровых каналах. По типу фильтровального материала фильтры разделяют на тканевые, волокнистые и зернистые. У тканевых фильтров фильтровальная перегородка может быть хлопчатобумажная, шерстяная, лавсановая, нейлоновая, стеклянная, металлическая и т. д. с регулярной структурой переплетения нитей (саржевой, полотняной и т. д.). Основной механизм фильтрования у таких фильтров − ситовый, при котором фильтрует не только и даже не столько фильтровальная ткань, сколько пылевой слой, образующийся на ее поверхности. Такие фильтры можно регенерировать путем сброса слоя пыли с поверхности ткани. Наибольшее распространение в технике очистки промышленных выбросов нашли тканевые рукавные фильтры. Газ очищается при прохождении через ткань каждого рукава. В процессе фильтрования на ткани накапливается слой пыли, который уплотняется. Фильтровальные рукава регенерируются посредством их встряхивания и обратной продувки. Волокнистые фильтры − это слой тонких и ультратонких волокон с нерегулярной, хаотичной структурой (например, войлок). Частицы пыли проходят внутрь слоя и задерживаются там, т. е. механизм фильтрования объемный. Такие фильтры плохо регенерируются. Зернистые фильтры представляют собой свободные засыпки зерен (гранул), например кварцевого песка, различной крупности или перегородки связанных (спеченных) между собой зерен, через которые пропускают очищаемый воздух. Зернистые фильтры в технике очистки отходящих газов применяют реже, чем тканевые и волокнистые. Для очистки больших объемов газа с высокой эффективностью применяют электрофильтры. Наибольшее применение они нашли в металлургии и теплоэнергетике, использующей угольное топливо. Сущность работы электрофильтра состоит в следующем. При высоких напряжениях у коронирующего электрода возникает коронный разряд и начинается ионизация воздуха − образуются отрицательные и положительные ионы. Через пространство между электродами пропускают очищаемый газ, ионы адсорбируются на поверхности частиц пыли, заряжая их. Отрицательно заряженные частицы пыли начинают перемещаться к положительному осадительному электроду и прилипают к нему, удерживаясь электрической силой. Электроды выполняют различной формы. Затраты электроэнергии в электрофильтрах на единицу объема очищаемого газа невелики, они конкурируют и даже превосходят по этому критерию другие типы пылеуловителей. Однако, сложное электрическое хозяйство, опасность очень высоких напряжений требуют специально подготовленного обслуживающего персонала. Поэтому их применяют на крупных промышленных объектах и при необходимости очистки больших объемов отходящего и сильно запыленного газа. Пылеуловители мокрого типа. Их целесообразно применять для очистки высокотемпературных газов, улавливания пожаровзрывоопасных пылей и в тех случаях, когда наряду с улавливанием пыли требуется улавливать токсичные газовые примеси и пары. Аппараты мокрого типа называют скрубберами. Номенклатура типов аппаратов разнообразна. Их недостатком является наличие систем водоснабжения и рециркуляции воды. Для удаления из отходящих газов вредных газовых примесей применяют следующие методы: * абсорбции; * хемосорбции; * адсорбции; * термического дожигания; * каталитической нейтрализации. Абсорбция − явление растворения вредной газовой примеси сорбентом, как правило, водой. Методом абсорбции можно улавливать только хорошо растворимые газовые примеси и пары. Так, хорошей растворимостью в воде обладают аммиак, хлороводород, фтороводород, пары кислот и щелочей. Для проведения процесса абсорбции используют аппараты мокрого типа, применяемые в технике пылеулавливания. Хемосорбцию применяют для улавливания газовых примесей, нерастворимых или плохо растворимых в воде. Метод хемосорбции заключается в том, что очищаемый газ орошают растворами реагентов, вступающих в химическую реакцию с вредными примесями с образованием нетоксичных, малолетучих или нерастворимых химических соединений. Адсорбция заключается в улавливании поверхностью микропористого адсорбента (активированный уголь, селикагель, цеолиты) молекул вредных веществ. Метод обладает очень высокой эффективностью, но жесткими требованиями к запыленности газа − не более 2...5 мг/м3. Одним из лучших адсорбентов является активированный уголь, у которого в 1 г содержится до 1600 м2 поверхностей. Адсорбция широко применяется для улавливания паров растворителей, неприятно пахнущих веществ, органических соединений и множества других газов. Адсорбционная способность адсорбента тем выше, чем меньше его температура и существенно снижается с ее повышением. Это используется в работе адсорберов и при их регенерации. Термическое дожигание − процесс окисления вредных веществ кислородом воздуха при высоких температурах (900...1200 °С). С помощью термического дожигания окисляют токсичный угарный газ СО до нетоксичного углекислого газа СО2, углеводороды СпНm до углекислого газа и воды. Процесс термического окисления при низкой температуре отходящих газов энергоемок, так как требует использования дополнительного топлива для нагрева газов до высоких температур. Термическое дожигание применяют для очистки отходящих raзов от органических веществ, например, паров растворителей и красок в лакокрасочных производствах, очистки выбросов испытательных станций двигателей, работающих на органических горючих. Каталитическая нейтрализация достигается применением катализаторов − материалов, которые усиливают протекание реакции или делают их возможными при значительно более низких температурах (250…400оС). Термокаталитические реакторы широко применяют для очистки отходящих газов окрасочных цехов, сушильных камер и т. д. Каталитические нейтрализаторы используют для очистки выхлопных газов. При сильном и многокомпонентном загрязнении отходящих газов применяют сложные многоступенчатые системы очистки, состоящие из последовательно установленных аппаратов различного типа. В загрязненном воздухе в качестве индивидуальных средств защиты применяют респираторы и противогазы. |
41 вопрос.