Каждый из разделов содержит справочный материал, достаточный для решения предложенных для самостоятельной работы задач.

Пособие содержит 26 разных по сложности задач, из них 8 задач с подробными примерами выполнения расчетов и 18 заданий для самостоятельной работы, из них 7 заданий – с вариантами. С целью контроля студентами правильности выполненных расчетов все задачи для самостоятельной работы снабжены ответами.

Библиографический список в части нормативно-правовых и нормативно-методических документов содержит описание их последних (действующих) версий.

В процессе работы на занятиях все записи, схемы, результаты расчетов записываются в тетрадь. Контроль полноты выполнения и степень усвоения материала осуществляется в виде устной защиты студентами выполненных расчетных работ.

.

1 Расчеты выделений (выбросов) загрязняющих веществ от различных производств

При механической, химической, электрохимической, термической обработке, сварке, резке материалов, нанесении лакокрасочных покрытий, изготовлении пластмассовых, резинотехнических изделий и других технологических операциях (процессах) происходит выделение загрязняющих веществ в воздух производственных помещений или открытый воздух.

Для удаления загрязненного воздуха от рабочего места или из помещения используют вытяжную вентиляцию. Местная вытяжная вентиляция (зонты, бортовые отсосы, вытяжные шкафы, кожухи-воздухоприемники и др.) обеспечивает улавливание и отвод вредных выделений только от мест образования вредных выделений. В помещениях, в которых вредные выделения не локализованы и поступают в воздух помещения, применяют общеобменную вытяжную систему.

Перед выбросом в атмосферу аспирационный воздух, удаляемый вентиляционными установками из производственного помещения и содержащий вредные вещества, предварительно очищается.

Приточные вентиляционные системы служат для подачи в вентилируемые помещения чистого воздуха взамен удаленного. Как и вытяжная, приточная вентиляция может устраиваться на рабочем месте (местная) или для всего помещения (общеобменная). В общем случае в помещении предусматриваются как приточные, так и вытяжные системы.

Определение валового М, кг/год, и максимально разового G, г/с, выделения вещества от работающего оборудования при различных технологических операциях проводят расчетным методом. В расчетах выделений учитывается «чистое» время – время, в течение которого проводится непосредственно обработка, сварка, резка и другие операции.

Расчеты валового (кг/год) и максимально разового (г/с) выбросов веществ в атмосферный воздух проводятся на основе полученных значений валового и максимального выделения вещества, а при наличии местных отсосов/вентиляционной системы и очистки аспирационного воздуха  с учетом показателей эффективности их работы и степени очистки.

Необходимая степень очистки аспирационного воздуха определяется уровнем допустимых концентраций веществ в вентиляционных выбросах в атмосферу.

При наличии местных отсосов с коэффициентом эффективности к_о масса вещества в аспирационном воздухе, поступающем на очистку, составит k_оМ. При степени очистки аспирационного воздуха  выброс будет равен k_оМ(1-). В случае отсутствия местных отсосов и наличия общеобменной вентиляции с коэффициентом эффективности k_в расчетная формула аналогична вышеприведенной, где вместо k_о стоит коэффициент k_в.

При отсутствии местных отсосов в производственном помещении, а также проведении технологических операций на открытом воздухе учитывается защищенность места проведения операции, т.е. наличие ограждений с одной, двух или со всех сторон. В этом случае в формулы вводится коэффициент укрытия К.

При отсутствии очистки аспирационного воздуха можно принять массу вещества, поступившего в атмосферу через местный отсос и общеобменную вентиляцию (или при ее отсутствии  через оконные и дверные проемы), равной массе вещества, выделившегося от работающего оборудования.

Максимально разовый выброс вещества в атмосферу рассчитывается аналогично  с учетом показателей эффективности работы местных отсосов, вентиляционной системы и степени очистки аспирационного воздуха.

Средние эксплуатационные показатели эффективности аппаратов улавливания твердых и жидких частиц из аспирационного воздуха от оборудования механической обработки материалов (таблица 1.1) и удельные выделения веществ при операциях (таблицы 1.31.5) приведены по [1].

Таблица 1.1 – Показатели эффективности пылеулавливающего

оборудования

АППАРАТ, УСТАНОВКА	ЭФФЕКТИВНОСТЬ УЛАВЛИВАНИЯ , %
Пылеосадочные камеры	45-55
Пылеуловители:
низконапорные	92-96
мокрые с внутренней циркуляцией	97-99
Циклоны:
ЦН	80-93
ЛИОТ	70-80
конические	60-70
с обратным конусом	60-70
групповые	85-90
батарейные	82-90
с водяной пленкой	80-90
Фильтры:
рукавные	 99
сетчатые (для волокнистой пыли)	93-96
Скрубберы:
полые	70-89
центробежные	88-93
Пенные аппараты	75-90
Трубы Вентури	90-94

Работа вентиляционной системы должна обеспечивать содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны на уровне, не превышающем гигиенические нормативы  максимальные разовые и средние сменные предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ (таблица 1.2). ПДК в воздухе рабочей зоны распространяются на все рабочие места, независимо от их расположения, т.е. в закрытых помещениях, на открытых площадках, транспортных средствах.

Таблица 1.2  Предельно допустимые концентрации вредных веществ

в воздухе рабочей зоны [2-5]

НАИМЕНОВАНИЕ ВЕЩЕСТВА	ПДК, 1 МГ/М3	АГРЕГАТНОЕ СОСТОЯНИЕ2 В УСЛОВИЯХ ПРОИЗВОДСТВА	КЛАСС ОПАСНОСТИ
Азота диоксид	2	п	3
Азота оксиды (в пересчете на NO2)	5	п	3
Хром (IV) триоксид	0,03/0,01	а	1
диХром (IV) триоксид (по хрому (III))	3/1	а	3
Углерод оксид	20	п
диАлюминий триоксид	-/6	а	4
диЖелезо триоксид	-/6	а	4
Гидрофторид (в пересчете на фтор)	0,5/0,1	п	2
Марганца оксиды (в пересчете на марганца оксид)	0,3	а	2
Кремний диоксид в виде аэрозоля дезинтеграции	3/1	а	3
Плохорастворимые неорганические фториды	0,2	а	3
Масло	5	а	3
Эмульсол	5	а	3

¹  в числителе максимальная разовая, а в знаменателе - среднесменная ПДК, если приведено одно значение норматива, то это означает, что он установлен как максимальная разовая ПДК; ²  а  аэрозоль, п – пары и/или газы.

Более высокие уровни загрязнения воздуха могут отмечаться в случае неэффективной работы системы, в том числе когда потери и подсосы воздуха через неплотности воздуховодов превышают нормативные величины.

Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны подлежит систематическому кон­тролю для предупреждения превышения ПДК.

Контроль за соблюдением максимальных разовых ПДК проводится на наиболее характерных рабочих местах при непрерывном или последовательном отборе проб в течение 15 минут при условии достижения предела обнаружения определяемого вещества. При отборе нескольких проб в течение 15 минут максимально разовую концентрацию рассчитывают как среднее арифметическое значение.

Контроль за соблюдением средних сменных ПДК проводят для тех веществ, для которых этот норма­тив установлен. Обследование осуществляется в течение 3-5 8-часовых рабочих смен, причем длительность обследования каждой смены составляет не менее 75 % ее продолжительности. Продолжительность отбора одной пробы и число проб за смену зависят от методики и концентрации вещества в воздухе. Среднесменную концентрацию рассчитывают по результатам разовых измерений концентраций на отдельных стадиях технологического процесса как величину, средневзвешенную во времени, т.е. с учетом продолжительности отдельных стадий технологического процесса, на которых происходит выделение веществ.

По результатам контроля проверяют выполнение основного условия нормирования: при одновременном содержании в воздухе рабочей зоны нескольких вредных веществ однонаправленного действия с эффектом суммации (таблица 2.1) сумма отношений концентраций этих веществ в воздухе рабочей зоны к их ПДК не должна превышать единицу; при одновременном содержании в воздухе рабочей зоны нескольких веществ, не обладающих однонаправленным действием, ПДК остаются такими же, как и при изолированном воздействии. Математическое выражение основного условия нормирования аналогично неравенствам (2.5) и (2.6).

Расчетный способ определения концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны применяется при проектировании (расчете) систем вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях зданий и сооружений. При расчетах учитываются концентрации веществ в приточном воздухе и поступающем на очистку аспирационном воздухе..

Для получения ориентировочных значений концентрации вещества в воздухе рабочей зоны С, мг/м³, используют формулу

,

(1.1)

где – масса выделившегося вредного вещества, г/с;  – фактическое время работы оборудования за смену, с; V – объем помещения (цеха), м³.

Масса выделившегося в воздух помещения вредного вещества рассчитывается на основе максимально разового выделения вещества с учетом показателей эффективности работы местных отсосов (k_о)/вентиляционной системы (k_в):

G =G(1-ko) или G =G(1-kв).

(1.2)

Механическая обработка материалов. При механической обработке материалов (металлов, пластмасс) основным источником образования и выделения загрязняющих веществ являются токарные, фрезерные, сверлильные, расточные, шлифовальные станки. Обрабатываемыми материалами являются металлы (сталь, чугун, сплавы цветных металлов) и неметаллические материалы (текстолит, карболит, органическое стекло, полистирол).

В процессе механической обработки в воздух выделяются металлическая и абразивная пыль, а также (в случае обработки с охлаждением)  аэрозоли охлаждающих эмульсий, масел в виде мелкодисперсного тумана. При механической обработке металлов выделяющаяся пыль классифицируется: оксид железа (ПДК=6 мг/м³) – при обработке стали и чугуна; оксид цветного металла (ПДК оксида металла) – при обработке цветного металла; преобладающий в составе сплава металл (ПДК металла) – при обработке сплавов цветных металлов.

Применение охлаждающей жидкости снижает количество выделяющейся пыли на 85-90 %.

Валовое выделение вещества от оборудования при механической обработке М^о, т/год, определяется по формулам

для пыли	,	(1.3)
для аэрозоля	,	(1.4)

где – удельное выделение пыли на единицу оборудования, г/с, и удельное выделение аэрозоля на единицу установочной мощности станка, г/(скВт); – установочная мощность станка, кВт;  общее время работы однотипных станков, ч/год.

Максимально разовые выделения пыли , г/с, и аэрозоля , г/с, от оборудования при механической обработке принимаются равными удельным выделениям и с учетом максимального числа и установочной мощности одновременно работающих станков.

Удельные выделения веществ при механической обработке на станках приведены в таблице 1.3.

Резка металлов и сплавов. Резка металлов и сплавов осуществляется методом газовой и плазменной сварки. Одновременно со сварочным аэрозолем (оксиды марганца, хрома, титана, алюминия  в зависимости от разрезаемого металла) в воздух рабочей зоны поступают газообразные вещества (оксиды углерода и азота).

Валовое выделение вещества при резке металлов (сплавов) М^р, т/год, определяется по формуле

Таблица 1.3  Удельные выделения веществ при механической обработке

ТИП СТАНКА	АБРАЗИВНАЯ И МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ПЫЛЬ, Г/С			АЭРОЗОЛЬ МАСЛА, Г/(СКВТ)	АЭРОЗОЛЬ ЭМУЛЬСОЛА, Г/(СКВТ)
	чугуна	цветных металлов	текстолита/ карболита
Токарный	0,008	0,003	0,019/0,017	610-5	0,210-5
Фрезерный	0,006	0,002	0,031/0,064	610-5	0,210-5
Сверлильный	0,001	0,004	0,008/0,012	610-5	0,210-5
Расточный	0,003	0,0007		610-5	0,210-5
Шлифовальный	0,032-0,086			8,310-3	0,4610-4

,

(1.5)

где – удельное выделение вещества, отнесенное к одному часу работы, г/ч;  «чистое» время резки металла в день, ч; – количество рабочих дней в году.

Максимально разовое выделение вещества G^p, г/с, рассчитывается по формуле

.

(1.6)

Удельные выделения загрязняющих веществ при резке материалов приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4  Удельные выделения веществ при резке

Металл (сплав)	Толщина металла, мм	СВАРОЧНЫЙ АЭРОЗОЛЬ				ГАЗ
		всего	в том числе			оксид углерода	оксиды азота
			оксиды марганца	оксиды хрома	оксиды алюминия
Газовая резка
Сталь углеродистая	5 10 20	74 131 200	2,31 3,79 6,00	– – –	– – –	49,5 63,4 65,0	39 64,1 53,2
Сталь качественная легированная	5 10 20	82,5 145,5 222,0	– – –	3,96 6,68 10,35	– – –	42,9 55,2 57,2	83,6 43,4 44,9
Сталь высокомарганцовистая	5 10 20	80,08 142,2 217,5	19,76 35,1 53,3	– – –	– – –	46,2 58,2 59,9	36,3 46,6 48,8
Плазменная резка
Сплав АМГ	8 20 80	826,0 478,0 164,5	– – –	– – –	764 441 162	153 75,6 27,0	612,0 378,0 243,0

Сварка металлов. При производстве сварочных работ воздух загрязняется сварочным аэрозолем, в состав которого, в зависимости от вида сварки, марок электродов и флюса, входят вредные для здоровья оксиды металлов (железо, марганец, хром, алюминий, медь и пр.), фтористые соединения, оксиды углерода, азота.

Расчет валового выделения вещества при сварке M^c, т/год, производится по формуле

,

(1.7)

где – удельное выделение вещества при сварке, г/кг;  масса расходуемых за год сварочных материалов, кг/год.

Максимально разовое выделение вещества при сварке G^c, г/с, определяется по формуле

,

(1.8)

где  максимальный расход сварочного материала в течение рабочего дня, кг/день; – время, затрачиваемое на сварку в течение рабочего дня, с/день.

В таблице 1.5 представлены данные по выделению вредных веществ в воздух рабочей зоны при различных видах сварки.

Таблица 1.5  Удельные выделения веществ при сварке

ПРОЦЕСС	СВАРОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ	РАСХОД ЭЛЕКТРОДОВ, КГ/Ч	МЕТАЛ. ПЫЛЬ, Г/КГ	АЭРОЗОЛИ В СОСТАВЕ ПЫЛИ, Г/КГ
				MnO2	соединения кремния	Фториды	HF	Cr2O33
Ручная дуговая сварка штучными электродами	УОНИ-13/45 УОНИ-13/65 УОНИ-13/85 ЭА-606/111 АНО-395/9 АНО- 981/15	0,5 0,9 1,1 0,8 0,9 0,7	14 7,5 13,0 11,0 17,0 9,5	0,51 1,42 0,6 0,68 1,10 0,7	1,4 0,8 1,3 0,3 - -	1,4 0,8 1,3 2,1 - -	1,0 1,17 1,1 0,004 - 0,8	– – – 0,60 0,43 0,72
Полуавтома- тическая сварка сталей	Присадочная проволока: ЭП-245 ЦСК-3	1,0 0,9	12,4 13,9	0,54 1,11	- -	- -	0,36 0,53	Fe2O3 11,50 12,26
Ручная электросварка алюминия и сплавов	ОЗА-1 ОЗА-2/АК	0,3 0,3	38,1 61,0	- -	- -	- -	- -	Al2O3 20,0 27,0

¹  при использовании электрода ЭА-606/11 в воздух рабочей зоны дополнительно выбрасывается СО – 1,4 г/кг; NO₂ – 1,3 г/кг.