Лекция 10. Общие вопросы защиты атмосферы от загрязнения

На предыдущих лекциях мы достаточно подробно разобрали причины загрязнения атмосферы и основные источники этого загрязнения. Загрязнение атмосферы – привнесение в атмосферу или образование в ней физико-химических агентов и веществ, обусловленное как природными, так и антропогенными факторами. Источники загрязнения атмосферы приведены на рис. 9.

Источники загрязнения атмосферы

Естественные Искусственные (антропогенные)

Пыльные бури Промышленные предприятия

Вулканы Транспорт

Лесные пожары Теплоэнергетика

Выветривание Отопление жилищ

Разложение живых организмов Сельское хозяйство

Рис. 9. Источники загрязнения атмосферы

Также было показано, что на промышленных предприятиях, на транспорте, да и в естественных условиях образуются газы, которые по своему составу значительно отличаются от воздуха, которые затем поступают в атмосферу. Поэтому их называют отходящими. Итак отходящими называют газы, по своему составу значительно отличающиеся от воздуха и поступающие в атмосферу с промышленных предприятий, транспорта бытовой деятельности человека.

Те дополнительные вещества, которые содержатся в этих газах называются загрязнителями. В отходящих газах вредные примеси представлены взвешенными частицами твердых (пыль, дым) и жидких (туман) веществ, а также газами и парами. От вида примесей зависят методы очистки газов. Но для того чтобы чистить газ производственника или другого загрязнителя атмосферы нужно еще заставить это делать, потому что любая очистка стоит денег и немалых. Поэтому в нашей и в других странах, да и на международном уровне существует специальное законодательство, стандарты и санитарные нормы, до которых необходимо осуществлять эту очистку. В России существует закон “Об охране атмосферного воздуха”, который регламентирует порядок установления нормативных величин, лимитирующих вредное воздействие на атмосферный воздух химических, физических и биологических факторов.

Для его выполнения разработаны государственные стандарты из серии “Охрана природы. Атмосфера”. Они включают ГОСТы по контролю качества воздуха населенных пунктов, установлению допустимых выбросов (ГОСТ 17.2.3.01-78).

Закон также регламентирует размещение, проектирование, строительство и ввод в эксплуатацию предприятий и других объектов, влияющих на атмосферный воздух.

Для оценки же санитарного состояния воздушной среды, как было показано на предыдущей лекции, применяются следующие показатели:

- предельно допустимая концентрация химических веществ в воздухе рабочей зоны и населенных мест (ПДК)

-временная допустимая концентрация (ориентировочный безопасный уровень воздействия) химических веществ в воздухе рабочей зоны и в атмосферном воздухе - ВДК

-предельно допустимый выброс загрязняющих веществ в атмосферу (ПДВ).

В зависимости от ПДК в рабочей зоне все химические вещества разделены на 4 класса опасности: 1 класс - чрезвычайно опасные (ПДК менее 0,1 мг/м³), 2 класс - высокоопасные (ПДК от 0,1 до 1,0 мг/м³ ), 3 класс - умеренно опасные (ПДК от 1,0 до 10 мг/м³) и 4 класс - малоопасные (ПДК более 10 мг/м³).

Источники загрязнения атмосферы также классифицируются:

1.По пространственным параметрам

• точечные – дымовая труба, вентиляционная вытяжка и т.п.; размерами точечного источника можно пренебречь;

• линейные – дороги, конвейеры и т.д.; шириной линейного источника можно пренебречь;

• площадные – поверхность карьеров, отвалов, хвостохранилищ и др.: размерами площадного источника пренебрегать нельзя.

2.Организованные и неорганизованные

организованный источник – использует специальные устройства отвода и концентрации загрязнителя – трубы, воздуховоды и т.д.;

неорганизованный источник – не имеет специальных устройств, выброс поступает в атмосферу в виде ненаправленного потока газов. К ним относятся карьеры, отвалы, шламохранилища, горное оборудование – экскаваторы, бульдозеры, автосамосвалы и т.д. Неорганизованные источники наиболее трудны в оценке количества, качества выбросов и зон их влияния.

3.По времени воздействия

постоянные – работа транспорта, фабрик, котельных и т.д.;

залповые – аварийные выбросы, взрывные работы.

4.По стационарности

стационарные – источники с жестко фиксированными координатами – труба котельной, колбасной фабрики и т.д.;

нестационарные – перемещающиеся в пространстве – железнодорожный и автотранспорт и т.д.

Одним из важнейших элементов при проектировании мероприятий по охране атмосферы является прогноз максимально возможных концентраций загрязняющих веществ на определенной территории.

Для этого Главной геофизической обсерваторией им. А.И.Воейкова разработана методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятия. Данная методика изложена в Общесоюзном нормативном документе ОНД-86, обязательном для применения во всех подобных расчетах.

Также для расчета максимальных концентраций вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу, необходимо использовать одну из модификаций унифицированной программы расчета загрязнения атмосферы (УПРЗА) для ЭВМ, являющихся приложением к ОНД (Эфир, РУЗА, ЛБЭД-РК, Эколог и др.).

В процессе разработки норм ПДВ (ВСВ) производится специальная процедура инвентаризация выбросов – систематизация сведений о наличии и распределении источников на территории предприятия, количестве и составе выбросов.

При инвентаризации учитывается комплекс параметров:

• мощность (интенсивность) выброса (г/сек, т/год);

• высота, размер и конфигурация устья источника;

• расход и температура газовоздушной смеси в устье источника;

• расположение источника на площадке, фиксируемое на карте-схеме (ситуационном плане) в заданной системе координат.

Учету подлежат все вредные вещества, содержащиеся в отходящих газах (технологических выбросах), аспирационном воздухе (вентиляционные выбросы), а также выбросы транспортных средств.

При инвентаризации выбросов вредных веществ в атмосферный воздух допускается использование, как прямых инструментальных измерений, так и расчетные методы по методикам, утвержденным контролирующими органами в установленном порядке.

На основании данных инвентаризации производится расчет рассеивания вредных веществ в атмосфере и установление нормативов ПДВ, которые считаются одним из первых природоохранных мероприятий. Инвентаризация выбросов на предприятии должна проводиться не реже 1 раза в пять лет, а при необходимости и чаще.

Следующим природоохранным мероприятием является установление санитарно-защитной зоны (СЗЗ) вокруг предприятия. Согласно СНиП и СанПиН санитарно-защитные зоны следует создавать вокруг всех промышленных предприятий, выбрасывающих вредные вещества в атмосферу, в том числе и общественного производства. СЗЗ – благоустроенная или озелененная территория, отделяющая площадку предприятия, являющегося источником загрязнения атмосферы, шумовых, радиационных и прочих воздействий, от жилой и общественной застройки. Размеры ее устанавливаются с учетом санитарной классификации предприятий, расчетов загрязнения атмосферы и других факторов. Санитарная классификация приведена в Санитарных правилах и нормах – СанПиН 2.2.1/2.1.1567-96. Нормами установлено 5 классов предприятий и соответственно 5 размеров нормативных СЗЗ: 1 класс – 2000 м; П класс – 1000 м; Ш класс – 500 м; 1У класс – 300 м; У класс – 100 м.

Размеры СЗЗ должны проверяться расчетом загрязнения атмосферы (расчет рассеивания вредных веществ в атмосфере) с учетом перспективы развития предприятия и фактического загрязнения атмосферного воздуха. Полученные таким образом размеры расчетной СЗЗ должны уточняться отдельно для различных направлений ветра в зависимости от результатов расчета и среднегодовой розы ветров района.

Роза ветров– установленная на основе многолетних наблюдений повторяемость направлений ветров, характерная для данного района. Она, как правило, приводится по восьми направлениям (румбам) и приводится в процентах. Кроме того, роза ветров бывает зимняя, летняя и среднегодовая. Корректировка по розе ветров производится по формуле:

L = Lo . P/Ро ,

Где L – уточненный расчетный размер СЗЗ, м;

Lo – расчетный размер СЗЗ, полученный по результатам расчета рассеивания, м;

Р - среднегодовая повторяемость рассматриваемого направления ветра, %

Ро – повторяемость направлений ветров при круговой розе ветров (при восьмирумбовой розе ветров Ро = 100/8= 12,5%).

ОЧИСТКА И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ

Важным природоохранным этапом является стадия проектирования предприятия. Если на ее стадии будут решены вопросы охраны окружающей среды, то бед будет гораздо меньше. Поэтому проекты проходят тщательную санитарную и экологическую экспертизу.

При проектировании предприятий в проект следует включать создание малоотходных технологий, совершенствование конструкций аппаратов и оборудования, разработку систем очистки и рекуперации выбросов, определение допустимых выбросов, разработку мероприятий по созданию санитарно-защитных зон.

При планировании предприятий необходимо иметь в виду следующее.

В городах не разрешается размещать промышленные предприятия, распространяющие пылевидные и газообразные выбросы. Эти предприятия следует располагать вдали от городов, с подветренной стороны по отношению к ближайшему жилому району и отделять от границ жилых районов санитарно-защитными зонами.

Для уменьшения задымления, запыления и отравления газами воздуха предприятия должны располагаться на возвышенных местах, хорошо обдуваемых ветрами. Это увеличивает высоту выброса дыма и газов, а, следовательно, и их разбавление.

Кто же контролирует, то есть заставляет предприятия очищать отходящие газы. Это, в первую очередь, санитарно-эпидемиологические станции (СЭС), которые осуществляют как предупредительный, так и текущий контроль. Существует государственная инспекция по охране атмосферного воздуха. Она рассматривает схемы размещения предприятий, контролирует источники загрязнения воздуха и следит за соблюдением ПДВ. На предприятиях существуют отделы или службы охраны природы, промышленные санитарные лаборатории.

Главным методом достижения ПДК является метод “высоких труб”, когда из рабочей зоны воздух откачивается вытяжной вентиляцией и без очистки выбрасывается в атмосферу через трубу определенной высоты. Но атмосфера в данном случае от вредных выбросов не очищается. Конечно, за счет химических процессов, происходящих в атмосфере часть этих загрязнителей нейтрализуется. Другие же скапливаются в атмосфере, а потом оседают или в виде дождей выпадают на землю и на наши головы, загрязняя водные объекты.

Но существуют и активные методы очистки газов. Они подразделяются на:

1. Механические методы:

1. Очистка в сухих механических пылеуловителях

2. Очистка в мокрых пылеуловителях

3. Очистка газов в фильтрах

1. Промывные (абсорбционные) методы

2. Электростатический метод – электрофильтры

3. Адсорбционные методы

4. Каталитические методы

5. Термические методы

Я не буду подробно останавливаться на конструктивных особенностях различных аппаратов. Они подробно рассмотрены в книге Розенталя, Минухина и Кардашиной “Основы экологии”. Кроме этого с частью аппаратов по очистке воздуха вы познакомитесь при изучении предметов технологического цикла и БЖД. Сегодня же я остановлюсь на принципах действия этих аппаратов.

Механические методы очистки. В этих методах используются эффект действия гравитационных или центробежных сил, а также фильтрация через пористые перегородки.

Наиболее просты по конструкции и в эксплуатации пылеосадительные камеры, в которых частицы пыли отделяются от газового потока под действием силы тяжести. Главное предназначение аппарата - обеспечение определенного времени пребывания газового потока в обособленном пространстве и непрерывное или периодическое отведение осевшей пыли.

Существуют также инерционные пылеуловители, циклоны. Принцип работы циклона. Газ подается в цилиндрическую камеру по тангенсальной направляющей. Вращаясь внутри циклона, газ вначале опускается вниз камеры, а затем по центральному патрубку выходит наружу. Частицы пыли отбрасываются центробежной силой к стенке аппарата и осыпаются в бункер.