1.1.2. Основи формування промислових паро- і газоподібних забруднень атмосфери

Утворення паро - і газоподібних забруднень характерне для різних промислових підприємств, технологічні процеси яких відрізняються за характером, токсичністю, ступенем виділення шкідливих речовин в атмосферу. Переважна більшість технологічних процесів відзначається хімічними реакціями (окислення, відновлення, заміщення, розкладання), а також електрохімічними (електроліз) та фізичними (випарування, дистиляція, азеотропна дистиляція) процесами.

Найбільшу частину паро- і газоподібних викидів становлять продукти окислення, що утворюються переважно в процесах горіння, коли під час окислення вуглецю виділяється діоксид та оксид вуглецю, при окисленні сірки — діоксид сірки, а при високотемпературному окислені азоту в печах — оксид і діоксид азоту. Однак, при неповному згорянні не відбувається повне окислення органічних речовин і можуть утворюватися альдегіди, кетони або органічні кислоти. Продукти горіння із печей при взаємодії з атмосферою можуть утворювати гідросульфід.

Промислові відновлювальні процеси також бувають джерелами забруднюючих речовин — в основному гідросульфіду при виробництві коксу. Найбільшими джерелами забруднення в хімічній промисловості є процеси карбонізації вугілля і виробництва газового вугілля, сульфат целюлози та ін. Прикладами відновлювальних процесів є виробництво соляної кислоти з хлору і водню, а також виділення гідросульфіту під час розкладання ксатагенату целюлози при виробництві віскозних волокон.

Електрохімічні процеси є джерелом суттєвих забруднень як у металургії, так і в хімічній промисловості.

Значними джерелами забруднення атмосфери в хімічній промисловості є також фізичні процеси, зокрема випарування та дистиляція (наприклад, викид вуглеводнів, хлорпохідних вуглеводнів та інших розчинників, що випаровуються в процесі виробництва, та використання цих продуктів). Дистиляція різних хімічних речовин, включно з смолами, а також деякі нафтоочисні та нафтохімічні процеси — ще одне джерело значних викидів шкідливих речовин в атмосферу.

Джерелом великої кількості забруднення може бути процес випаровування, якщо навіть випаровувати невелику кількість речовин із дуже неприємним запахом у повітрі.

Щоб отримати докладнішу інформацію про джерела й причини забруднення атмосфери промисловими об’єктами, потірбно розглянути два види найбільш поширених в Україні підприємств: машино- будівні та деревообробні.

1.1.3. Забруднення атмосфери викидами машинобудівних підприємств

Сучасне машинобудування в Україні розвивається на базі великих виробничих об’єднань, що включають заготівельні, ковальсько-пресові, ливарні, опоряджувальні цехи, цехи термічної, механічної обробки металів та інші виробничі дільниці. Сюди також належать випробувальні станції, ТЕЦ і допоміжні виробничі підрозділи.

Ливарні цехи. Найбільшими джерелами пило - і газових виділень у ливарних цехах є: вагранки, електродугові та індукційні печі, дільниці складування, переробки шихти і формувальних матеріалів та ін.

При плавленні 1 т металу у відкритих чавуноливарних вагранках виділяється 900-1200 м³ колошникового газу, до складу якого входять: оксиди вуглецю, сірки та азоту, пари мастил, полідисперсний пил та ін. При розведенні колошникового газу повітрям, що всмоктується через завантажувальне вікно вагранки, кількість газів, які виходять, збільшується в 1,5—3,5 раза [3].

Параметри та склад газів, що виходять з відкритих чавуноливарних вагранок, наведені в табл. 1.2 [3].

Хімічний склад пилу, що виділяється з вагранок, залежить від складу завантажувального металу, палива, умов роботи вагранки, може коливатися.

У закритих чавуноливарних вагранках продуктивністю 5—10 т/год на 1 т випаленого чавуну виділяється 11—13 кг пилу, 190—200 кг оксиду вуглецю, 0,4 кг діоксиду сірки, 0,7 кг вуглеводнів та ін. Концентрація пилу у відхідних газах становить 5—10 г/м³, медіанний розмір пилу 35 мкм.

Хімічний склад пилу залежить від марки виплавленої сталі.

Значна кількість пилу й газів виділяється в атмосферу дільницями ливарних цехів, що займаються приготуванням, переробкою, використанням шихти та формувальних матеріалів. Так, наприклад, концентрація пилу, що складається із 35—50 % діоксиду кремнію, у відвідному повітрі становить (мг/ м³):

— при розпилюванні матеріалів у кульових млинах — 6-10; в дробарках — 5-12;

— при приготуванні сумішей ситами — 0,8-4,3; у змішува- чах — 1,7-7,4; в грохотах — 0,7-1,5.

Ковальсько-пресові та прокатні цехи. У процесах нагрівання та обробки металів у цехах виділяються пил, кислоти і масляні аерозолі (туман), оксид вуглецю, діоксид сірки та ін. Викид пилу прокатного цеху в середньому становить 200 г на т товарного прокату. Якщо в процесі прокату застосовується вогневе зачищування поверхні заготовок, то виділення пилу зростає до 500 2000 г на т.

При використанні у ковальсько-пресових цехах для нагрівання металу полум’яних печей в атмосферу викидаються оксиди вуглецю, сірки, азоту та інші продукти згоряння. Для визначення валових викидів шкідливих речовин в атмосферу від нагрівальних печей доцільно користуватися питомими показниками щодо викидів, приведених до одиниці маси (т) або об’єму (м³ або тис. м³) спаленого палива.

Термічні цехи. Джерелами забруднення атмосфери в таких цехах є ванни, агрегати для термічної обробки, нагрівальні печі, що працюють на рідкому і газоподібному паливі, а також дроботруминні, дробоскидувальні камери. В процесі роботи цих агрегатів та установок в атмосферу викидаються пари й продукти горіння мастил, аміак, ціанистий водень, пил та ін. Концентрація пилу в повітрі, що виділяється від дробоструминних і дробоскидувальних камер, де метал зачищується після термічної обробки, досягає 200—700 мг/ м³. При ціануванні металів виділяється до 600 мг/год ціанистого водню на один агрегат ціанування.

Гальванічні цехи. Основними забруднювачами атмосфери, що виділяються із гальванічних цехів, є пил, тонкодисперсний туман, пари й гази, особливо в процесі кислотного та лугового плавлення.

Під час нанесення гальванічних покрить (анодування, фосфатування тощо) утворюються різні шкідливі речовини. Так, наприклад, при фосфатуванні виробів виділяється фтористий водень, концентрація якого у вивідному повітрі досягає 1200—1500 мг/ м³;.

Цехи механічної обробки металів. Механічна обробка металів на верстатах супроводжується виділенням пилу, стружки, туманів мастил та емульсій, які викидаються через вентиляційні установки в атмосферу. В табл. 1.3 наведена кількість парів води, туману мастил та емульсій, що виділяються за 1 годину при роботі металообробних верстатів у розрахунку на 1 кВт потужності електродвигунів.

Пил, що утворюється в процесі абразивної обробки, складається з 30—40 % матеріалу абразивного круга і з 60-70 % оброблюваного матеріалу.[2]

Інтенсивність виділення пилу при шліфуванні металевих деталей залежить від діаметра шліфувального круга, що наведено у табл. 2.7 [3].

Пил, що виділяється при роботі загострювальних верстатів інструментального цеху, містить дисперсні частинки неправильної форми .

Цехи з виробництва неметалевих матеріалів. У машинобудуванні зараз широко застосовують склопластики, що містять скловолокнистий наповнювач і зв’язуючі смоли (фенолформальдегідні, епоксидні, ненасичені поліефірні). Виділення шкідливих парів речовин при формуванні й полімеризації різних смол наведено в табл. 1.4.

При виробництві ебонітових виробів у вентиляційну систему потрапляють , пари бензину, толуолу, гліцерину, пил.

Зварювальні цехи. Кількість шкідливих речовин у повітря при зварюванні металів залежить від видів і режимів технологічного процесу, властивостей зварювальних (електродів і флюсів) та зварюваних матеріалів. Найбільш шкідливим є ручне електродугове зварювання. Так, при витраті 1 кг електродів у процесі ручного електродугового зварювання сталі утворюється до 40 г пилу, 2 г фтористого водню, 1,5 г оксидів вуглецю та азоту; в процесі зварювання чавуну — до 45 г пилу і 1,9 г фтористого водню [3].

Під час напівавтоматичного та автоматичного електродугового зварювання металів загальна маса шкідливих речовин, що виділяється у повітря, менша в 1,5-2 раза, а при зварюванні під флюсом — в 4-6 разів.

Валові виділення шкідливих речовин у повітря при зварюванні металів наведені в табл. 1.5.

Газове та плазмове різання металів супроводжується виділенням пилу та шкідливих газів. Пил є конденсатом оксидів металів, розмір частинок якого не перевищує 2 мкм. Хімічний склад пилу низначається в основному маркою матеріалу, що розрізається. При різанні металів переважно виділяються токсичні сполуки хрому й нікелю, марганець, шкідливі гази — СО, NО, NО₂, озон та ін.

Фарбувальні цехи. Шкідливі речовини в цих цехах виділяються в таких випадках:

— при знежиренні поверхонь органічними розчинниками перед фарбуванням;

— при підготовці лакофарбових матеріалів (ЛМФ);

— при нанесенні ЛМФ на поверхні виробів;

— при сушінні лакованих і фарбованих поверхонь.

Основними джерелами загазованості повітря робочих зон та атмосфери є змішувачі ЛМФ, фарбувальні камери, сушарки, ванни з розчинами для знежирення.

При знежиренні з поверхні дзеркала ванн випаровують пари вуглеводнів (г/( м² х хв)): бензину — 67-83; гасу — 17-34; уайтспіриту — 83-100.

Концентрація шкідливих речовин, що виділяються з фарбувальних камер, залежить від характеристики ЛМФ, витрати й способу їх нанесення. Характеристика вентиляційних викидів шкідливих речовин наведена в табл. 1.6.