4. Охрана окружающей среды

Работа любого производства (промышленного, сельско-хозяйственного и т.п.) сопровождается образованием отходов. Они поступают в окружающую среду в виде выбросов в атмосферу, сбросов в водоемы, твердых промышленных и бытовых отходов и мусора на поверхности и недра Земли. Отходы загрязняют среду обитания и образуют в ней опасные зоны, для которых характерны высокие концентрации токсичных веществ и/или повышенные уровни энергетического воздействия.

Обеспечение безопасности жизнедеятельности человека неразрывно связано с решением задач по охране природной среды.

4.1. Защита атмосферы

Основное антропогенное загрязнение атмосферного воздуха создают автотранспорт, теплоэнергетика и ряд отраслей промышленности. Самыми распространенными токсичными веществами, загрязняющими атмосферу, являются: оксид углерода СО, диоксид серы SO₂, оксиды азота NO_x, углеводороды C_nH_m и пыль. В атмосферу выбрасываются и другие, более токсичные вещества. В настоящее время насчитывается более 500 вредных веществ, загрязняющих атмосферу, и их количество увеличивается.

Цель защиты атмосферы от вредных выбросов и выделений сводится к обеспечению концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны и приземном слое атмосферы равных или менее ПДК. Это достигается применением следующих методов и средств:

• рациональным размещением источников вредных выбросов по отношению к населенным зонам и рабочим места;

• рассеиванием вредных веществ в атмосфере для снижения концентраций в ее приземном слое;

• удалением вредных выделений от источника образования посредством местной или общеобменной вытяжной вентиляции;

• применением средств очистки воздуха от вредных веществ;

• применением средств индивидуальной защиты.

Для соблюдения ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест устанавливают предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ из систем вытяжной вентиляции, различных технологических и энергетических установок.

В тех случаях, когда реальные выбросы превышают ПДВ, необходимо в системе выброса использовать аппараты для очистки газов от примесей.

Аппараты очистки вентиляционных и технологических выбросов в атмосферу делятся на:

• пылеуловители (сухие, электрические, фильтры, мокрые);

• туманоуловители (низкоскоростные и высокоскоростные);

• аппараты для улавливания паров и газов (абсорбционные, хемосорбционные, адсорбционные и нейтрализаторы);

• аппараты многоступенчатой очистки (уловители пыли и газов, уловители туманов и вредных примесей, многоступенчатые пылеуловители).

Основными параметрами систем очитки воздуха 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.

Эффективность очистки η определяется так:

η = (С_вх – С_вых)/С_вх,

где С_вх и С_вых – массовые концентрации примесей в воздухе до и после аппарата.

Широкое распространение для очистки воздуха от крупной неслипающейся пыли получили пылеуловители сухого типа. К их числу относятся циклоны различных видов: одиночные, групповые, батарейные. Принцип действия циклонов основан на использовании центробежной силы, воздействующей на частицы пыли во вращающемся потоке воздуха. Циклоны можно применять при концентрациях пыли на входе до 400 г/м³, при температурах газов до 500 ºС, однако существуют проблемы при улавливании слипающихся и пожаровзрывоопасных пылей.

Для улавливания пожаровзрывоопасных пылей, очистки высокотемпературных газов целесообразно применять пылеуловители мокрого типа. Принцип их действия основан на осаждении частиц пыли на поверхности капель или пленки жидкости, в качестве которой используется вода (при очистке от пыли) или химический раствор (при улавливании вместе с пылью токсичных газов и паров). Аппараты мокрого типа называются скрубберами. Недостатком работы мокрых пылеуловителей следует отнести: образование большого количества шламосодержащих стоков, для обработки которых необходимо специальное оборудование; наличие в очищенных газах капель жидкости с частицами пыли, забивающих газоходы, дымососы и вентиляторы.

Аппараты фильтрационной очистки предназначены для тонкой очистки газов за счет осаждения частиц пыли на поверхности пористых фильтрующих перегородок. Частицы, проникающие внутрь перегородки, задерживаются там за счет диффузионных, инерционных, гравитационных механизмов улавливания. По типу фильтровального материала фильтры разделяются на тканевые, волокнистые и зернистые.

Электрофильтры применяются для очистки больших объемов газа от пыли и масляного тумана. Принцип их действия основан на осаждении частиц пыли в электрическом поле. Достоинством электрофильтров является высокая эффективность при соблюдении оптимальных режимов работы, сравнительно низкие затраты энергии, недостатком – большая металлоемкость, сложность электрического оборудования.

Для удаления из отходящих газов вредных примесей применяют следующие методы: абсорбция, хемосорбция, адсорбция, термическая нейтрализация.

Метод абсорбции основан на поглощении вредной газовой примеси жидкостью (как правило, водой) с образованием раствора. Для проведения процесса абсорбции используют аппараты мокрого типа, применяемые в технике пылеулавливания.

Метод хемосорбции заключается в поглощении вредных газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием малорастворимых или малолетучих химических соединений. Очистка с помощью хемосорбции осуществляется в насадочных башнях, пенных и барботажных скрубберах, скрубберах Вентури и т.п.

Метод адсорбции основан на поглощении вредных компонентов газовой смеси поверхностью твердых пористых тел с ультрамикроскопической структурой. В качестве абсорбентов используют активированный уголь, силикагель, цеолиты и др. Конструктивно адсорберы выполняют в виде емкостей, заполненных пористым адсорбентом, через который фильтруется поток очищаемого газа. Примером конструкции адсорбера является противогаз.

Термическая нейтрализация обеспечивает окисление токсичных примесей в газовых выбросах до менее токсичных при наличии свободного кислорода и высокой температуры газов. Различают три схемы термической нейтрализации: прямое сжигание в пламени, термическое окисление при температурах 600 – 800ºС, каталитическое сжигание – при 250 – 450ºС.

Прямое сжигание используют в тех случаях, когда очищаемые газы обладают значительной энергией, достаточной для поддержания горения. Примером такого процесса является факельное сжигание горючих отходов.

Термическое окисление применяется, когда очищаемые газы имеют высокую температуру, но не содержат достаточно кислорода, или когда концентрация горючих веществ незначительна и недостаточна для поддержания пламени. В первом случае процесс проводят в камере с подачей свежего воздуха, а во втором – при подаче дополнительно природного газа.

Каталитическое сжигание используют для превращения токсичных компонентов, содержащихся в отходящих газах промышленных выбросов, в нетоксичные или менее токсичные путем их контакта с катализаторами.