методичка экология ПроЭкол Москва

концепция и соответствующая национальная программа могут быть разработаны в рамках конверсии оборонных отраслей про-

мышленности.

Соответствующие организационные формы могут вылиться в национальную ассоциацию и акционерные общества с широким привлечением иностранного капитала, спонсоров и обществен-

ных фондов, выделяемых на охрану окружающей среды. Сейчас же отечественная законодательная политика поощрения произ-

водства и использования экологически чистых источников энер-

гии находится в зачаточном состоянии. В связи с этим особую активность при решении указательных проблем должны проявить комиссии и комитеты федерального и местного уровней власт-

ных структур, решающие проблемы транспорта и энергетики. Не могут остаться в стороне, как уже говорилось, и надзорные при-

родоохранные органы всех уровней.

5.7. Особенности загрязнения среды рельсовым транспортом

В последние годы внимание исследователей привлекает до-

полнительное загрязнение среды в контактных парах рельсового транспорта (работы А.А. Силина, Ю.А. Евдокимова, В.И. Колес-

никова и др.). Это связано в повышением скоростей и нагрузок на рельсовом железнодорожном и городском электрическом транс-

порте, с расширением сферы применения такого транспорта в на-

родном хозяйстве. На поверхности трущихся частей образуется плёнка, обладающая смазочными свойствами и ориентированная в направлении скольжения. Плёнка переноса в зависимости от режима трения может находиться в твёрдом и вязко-текучем со-

стоянии, а температура плавления её на 15 градусов превышает температуру плавления исходного материала. Именно эта плёнка может служить источником загрязнения среды, состав которого зависит от трущихся поверхностей. Это могут быть металличе-

ские частицы (для металлических контртел), остатки композитов на основе различных волокон, фенольных смол, а также – резуль-

таты разложения на контактных поверхностях смазывающих ма-

териалов (если таковые имеются). При этом, чем меньше износ

материалов на контактных парах, тем меньше загрязнение среды.

Применение самосмазывающихся материалов, улучшение фрик-

ционных свойств металлополимерных узлов трения за счёт при-

менения функциональных добавок и наполнителей (В.А. Белый,

А.К. Погосян), направленное регулирование и структурное мо-

дифицирование электрическими и магнитными полями термо-

пластиков и композитов на их основе не только улучшают мощ-

ностные характеристики, на и снижают нагрузку на окружающую среду, причем она может быть достаточно существенной.

Исследования показывают, что при средних и лёгких режи-

мах трения, характерных для современных нагрузок и скоростей

(p · v = 0,05…0,2 Мпа · м/с), толщина плёнки составляет 5 10

мкм, причём основная масса материала уносится из зоны трения и может попадать в окружающую среду. Аналогичные результа-

ты были получены и при более тяжёлых режимах работы (0,6

Пма · м/с). При этом в составе выделений в окружающую среду появлялись (в зависимости от типов полимеров и композитов) со-

единения типа кетонов, альдегидов, эфиров и др. особенно опас-

ны режимы трения для некоторых полимеров (типа ПКА), обра-

зующих плёнку переноса с сильным когезионным взаимодейст-

вием с поверхностью. Повышение температуры в зоне трения приводит к расплавлению плёнки, образованию скатки из неё и выносу из зоны трения. Для снижения этого эффекта предложено использовать специальные наполнители, причём в качестве мат-

рицы берётся жёсткий, высокопрочный полимер (типа ПКА, ЭД20 и др.), а наполнителем более мягкие смеси на основе стек-

ловолокна и других нетканых материалов. При этом связующее активно участвует в формировании плёнки, обеспечивает спо-

собность воспринимать внешнюю нагрузку и снижает загрязне-

ние среды.

Наиболее перспективным в этом плане направлением явля-

ется применение самосмазывающих композитов, включающих антифрикционные и противоизносные добавки. Они позволяют снизить интенсивность износа материала в 1,6 1,8 раза, повысить

несущую способность в 4 5 раз. Пример – применение самосма-

зывающей композиции на основе тканевого материала из волокон политетрафторэтилена в качестве разделяющих прокладок для пятникового узла моторных вагонов электроподвижного состава.

Износ гребней колёсной пары при этом уменьшился на 30 35 %,

соответственно снизилось и загрязнение среды. Дополнительный выигрыш (10 % расхода электроэнергии) также приводит, в ко-

нечном счёте, к улучшению экологических параметров среды.

5.8. Принципы очистки пылегазовых выбросов

5.8.1. Пылеуловители

Наиболее отработаны в настоящее время очистители от пы-

ли, золы и других твердых частиц. Причем, чем мельче частицы,

тем труднее обеспечивается очистка. Класс пылеуловителей для частиц диаметром более 50 мкм 5-й, наиболее легко обеспечи-

вающий почти полное пылеулавливание. Значительно сложнее извлекать мельчайшие частицы с диаметрами от 2 до 0,3 мкм нужен очиститель 1-го класса.

Все пылеуловители, кроме того, подразделяются на сухие и мокрые. К сухим относятся циклоны, пылеосадительные камеры и пылеуловители, фильтры и электрофильтры, которые наиболее отработаны и отличаются сравнительно простым устройством.

Однако для удаления мелкодисперсных и газовых примесей их применение не всегда эффективно. Мокрые пылеуловители под-

разделяются на скрубберы форсуночные, центробежные и Венту-

ри, пенные и барботажные аппараты и другие, которые работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхности капель,

пленки или пены жидкости.

Из сухих пылеуловителей наиболее применимы аппараты,

работающие на принципе отделения тяжелых частиц от газов си-

лами инерции (при раскрутке газов или их резком повороте). На рис. 5.6 показаны принципиальные схемы некоторых из них: ци-

клонов (а); ротационного пылеуловителя (б) вход газа по оси вентилятора; радиального (в) и вихревого (г) пылеуловителей.

Для тонкой очистки широко используются фильтры с зерни-

стыми слоями (песок, титан, стекло и т. п.), гибкими пористыми перегородками (ткань, резина, полиуретан и др.), полужесткими и жесткими перегородками (вязаные сетки, керамика, металл и др.).

Рис. 5.6. Схемы пылеуловителей

Часто применяют несколько ступеней очистки пылегазовых выбросов и почти всегда одной из них является электрофильтр.

Электрофильтры высокоэффективны в борьбе с пылью и ту-

маном. Работают на принципе осаждения ионизированных при-

месей на специальных электродах. Ударная ионизация газа про-

исходит в зоне коронирующего разряда, возникающего между цилиндрическим конденсатором и осадительным электродом,

расположенным по оси цилиндра. Аэрозольные частицы в этой зоне адсорбируют на своей поверхности заряженные ионы и оса-

ждаются на электродах.

Мокрые пылеуловители, как правило, применяют для тонкой очистки, что требует систем водоподготовки и шламоудаления.

Кроме того, жидкость должна быть раздроблена на капли или

пленки для увеличения адсорбирующей поверхности. Конструк-

тивно это достигается разными способами.

Рис. 5.7. Схемы скрубберов

Например, на рис. 5.7 показаны схемы скруббера Вентури

(а), где дробление жидкости происходит высокоскоростным по-

током газа; форсуночного (б) и центробежного (в) скрубберов. В

форсуночном скруббере вода дробится центробежным или струйным распылителем (форсункой), а в центробежном газ, как в циклоне, подается через тангенциальные (касательные к стенке)

входные каналы, обеспечивающие закрутку и движение газа на-

встречу жидкости.

5.8.2. Газо- и пароочистители

Эти аппараты по принципу действия можно подразделить на пять групп.

Наиболее распространены скрубберные газоочистители, ко-

торые практически не отличаются от скрубберных пылеуловите-

лей (зачастую они выполняют двойную функцию пыле- и газо-

улавливания). Работают на принципе абсорбции поглощения веществ жидкостью (абсорбентом). В качестве абсорбентов при-

меняют воду (для поглощения аммиака, хлористого и фтористого водорода и т. п.); растворы сернистой кислоты и суспензий вяз-

ких масел (для хлора, сернистого ангидрида и т. п.), растворы из-

вести или едкого натра (для окислов азота, хлористого водорода)

и др.

Метод хемосорбции основан на химической реакции при поглощении газов и паров жидкими поглотителями с образовани-

ем малолетучих и слаборастворимых соединений. Например, для отделения сероводорода применяют щелочные растворы, причем процесс идет в скрубберных аппаратах того же типа, что и для метода абсорбции.

Метод адсорбции (задержания, извлечения) основан на спо-

собности некоторых твердых пористых тел селективно (избира-

тельно) извлекать элементы. Адсорбентами чаще всего служат: - активированный уголь, имеющий поверхность пор до

105 106 м2 на кг, хорошо адсорбирует сернистые соединения, ор-

ганические растворители и др.; - оксиды простые и комплексные типа силикагеля, глинозема,

цеолитов; они обладают высокой селективной способностью, ко-

торая, однако, снижается при повышении влажности газов.

Иногда их обрабатывают реактивами для хемосорбции. Ад-

сорбенты требуют регенерации, которая чаще всего производится нагревом, продувкой паром или специальным реагентом.

Три других метода в настоящее время применяются значи-

тельно реже и лишь для небольших выбросов: термический (до-

жигание), каталитический (реакция на катализаторы) и биохими-

ческий (работа микроорганизмов).

Прямое сжигание разновидность термического метода применяется при утилизации горючих отходов, с трудом под-

дающихся другой обработке (например, для лакокрасочной про-

мышленности) Каталитическая обработка экономнее термиче-

ской по времени процесса, но требует особого внимания к актив-

ности катализатора и его долговечности. Во многих случаях ка-

тализаторами служат благородные металлы или их соединения:

платина, палладий, оксиды меди, марганца и др. Эффективность метода повышается с ростом температуры газов. Наиболее широ-

ко применяются каталитические нейтрализаторы для отработан-

ных газов автомобилей.

Биохимическая очистка применяется для очистки газов, со-

став которых слабо меняется. Этот процесс происходит в био-

фильтрах или биоскрубберах, где микроорганизмы находятся в фильтрующей насадке из почвы, торфа, компоста и т. п. или в водной суспензии активного ила.

В целом выбор системы очистки определяется многими фак-

торами, важнейшие из которых:

-номенклатура и концентрация загрязнителей, их вредность;

-требуемая степень очистки (с учетом фонового загрязнения);

-объемы выбросов, их температура и влажность;

-наличие сорбентов и реагентов;

-потребность в продуктах утилизации;

-стоимостные оценки.

Сейчас главное обеспечить максимальное снижение вы-

бросов вредных веществ и теплоты, возврат их в исходный тех-

нологический процесс.

Для современного производства, как правило, требуется многоступенчатая очистка, особенно если номенклатура приме-

сей многообразна. Так, при производстве электронной аппарату-

ры количество вредных веществ доходит до 20 30 наименований:

от углекислого газа и пыли до соединений меди и свинца, фор-

мальдегида и эпихлоргидрина. Поэтому необходимы сухие и мокрые аппараты, адсорбенты и абсорбенты наряду с электро-

фильтрами. Но и для этого производства основная задача уменьшение объема и перечня отходов, их рециклизация, созда-

ние замкнутых циклов.

5.9. Общие сведения о расчетах выбросов из стационарных

источников

Основная задача расчетов определение количества вред-

ных веществ, которые могут поступить от данного источника за

единицу времени (в секунду, сутки, квартал и в год). Необходимо также определить предельно допустимые выбросы при данных условиях, сравнить их с ожидаемыми фактическими и оценить плату за загрязнение среды.

На основе этих расчетов делают вывод о необходимости очистки выбросов и дают технико-экономическую оценку вари-

антов систем очистки; рассчитывают рассеивание выбросов в ат-

мосфере; определяют концентрации вредных веществ в призем-

ном слое и уточняют границы санитарно-защитной зоны.

Расчеты выбросов для каждого типа источников достаточно специфичны, методики их излагаются в специальной литературе.

Подчеркнем лишь общие стороны.

Если речь идет о сжигании топлива, то исходными данными для расчета являются:

-вид топлива;

-его расход В;

-теплотворность Ни;

-его поэлементный состав Xi, (т. е. процентное содержание С;

Н; N; S; О и др.);

- параметры Y, характеризующие организацию процесса сжи-

гания, и конструктивные характеристики агрегатов Z.

Далее для каждого вещества расчет ведут по полуэмпириче-

ским зависимостям, которые функционально выглядят так:

где Sp содержание серы в топливе, %; 'SO2 доля SO2, связан-

ная золой (зависит от вида топлива); "SO2 доля SO2, улавливае-

мая с золой в пылеуловителе, если он есть; В расход топлива,

г/с.

Аналогичные зависимости имеются для большинства ве-

ществ; к сожалению, пока их нет для бенз(а)пирена, диоксинов и им подобных.

При работе технологического оборудования массы выбросов

Мij определяются для данного i-го вещества через удельные вы-

бросы на единицу типовой продукции или на единицу оборудо-

вания для данной j операции gi чаще всего не в секунду, а в час:

где тi - выбросы i-го вещества на единицу типовой (условной)

продукции; k коэффициент подобия пересчета реальной еди-

ницы продукции на условную (по габаритам, массе и т. п.); N

объем продукции в час; gi удельный выброс на единицу обору-

дования, г/ч; Р количество единиц оборудования, шт.

Например, при производстве электронного оборудования,

где основными элементами, определяющими выбросы, являются печатные платы, для каждой из основных операций (получение заготовок, гальванообработка и др.) имеются величины тi , в

граммах на одну условную печатную плату заданных размеров,

причем для всех ожидаемых веществ (пыли, стеклотекстолита и меди, аммиака, фенолов и др.). Остается только для каждой опе-

рации подсчитать величины по формуле (5), определив предвари-

тельно коэффициенты подобия k и зная производительность N.

По формуле (6) рассчитывают выбросы от ремонтно-

механических цехов, столярных мастерских и т. п. Величины удельных выбросов берутся по справочникам; в некоторых слу-

чаях они даны не на единицу времени, а на основную величину,

характеризующую процесс. Например, для аккумуляторного уча-

стка удельные выбросы серной кислоты приводятся в граммах на ампер-час. Соответственно выбросы должны рассчитываться ум-

ножением на емкость батарей, их количество и количество заря-

док. Выбросы при сварке определяют по массе расходуемых электродов и т. д. Для каждого вредного вещества после расчетов по формулам (5) или (6) определяют валовые выбросы в сутки,

квартал, год по условиям работы (трехсменная, двухсменная, без выходных и т. п.):

где Т годовой фонд работы оборудования, ч.

Эти выбросы для каждого вещества сравнивают с величина-

ми ПДВi, подсчитанными по формулам (2) и (3) из условия (1) и

переведенными соответственно на квартал или год, и определя-

ют, если Mi >MПДВi , необходимую степень очистки Эi:

5.10. Понятие о выбросах от передвижных источников

Закон об охране окружающей среды требует от всех юриди-

ческих и физических лиц, осуществляющих эксплуатацию (ст. 45) и проектирование (статьи 34 и 36) автомобильных и иных оказывающих негативное воздействие на ОС транспортных средств, соблюдения нормативов допустимых выбросов в атмо-

сферу.

Транспортные средства загрязняют воздух веществами, ко-

торые выбрасываются вместе с отработавшими газами (ОГ). Ра-

нее, при сопоставлении экологических характеристик различных топлив (табл. 5.3), рассматривались лишь токсичные вещества (в

сравнении между собой). Но в составе ОГ имеются и нетоксич-

ные, и невредные вещества (см. табл. 5.5).

Механизм образования и действия важнейших из приведен-

ных в табл. 5.5 веществ достаточно подробно описан в специаль-

ной литературе (например, работы учёных МАДИ под руково-

дством проф. В.Н. Луканина и Ю.В. Трофимова). Напомним наи-

более важные моменты этого механизма, касающиеся общих по-

ложений промышленной экологии.

Таблица 5.5

Типовой состав отработавших газов двигателей