2. Защита окружающей среды
2.1. Контроль качества атмосферного воздуха
Для оценки уровня загрязнения атмосферы в 506 городах России создана сеть постов общегосударственной службы наблюдений и контроля за загрязне- нием атмосферы как части природной среды. На сети определяется содержание в атмосфере различных вредных веществ, поступающих от антропогенных ис- точников выбросов. Наблюдения проводятся сотрудниками местных организа- ций Госкомгидромета, Госкомэкологии, Госсанэпиднадзора, санитарно- промышленных лабораторий различных предприятий.
Контроль качества атмосферного воздуха в населенных пунктах органи- зуется в соответствии с ГОСТом 17.2.3.01-86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов», для чего устанавли- вают три категории постов наблюдений за загрязнением атмосферы: стацио- нарный, маршрутный, передвижной или подфакельный.
2.1.1. Стационарные и передвижные посты
Стационарные посты предназначены для обеспечения непрерывного кон- троля за содержанием загрязняющих веществ или регулярного отбора проб воз- духа для последующего контроля, для этого в различных районах города уста- навливаются стационарные павильоны, оснащенные оборудованием для прове- дения регулярных наблюдений за уровнем загрязнения атмосферы. Регулярные наблюдения проводятся и на передвижных (маршрутных) постах, с помощью оборудованных для этой цели автомашин. Наблюдения на стационарных и мар- шрутных постах в различных точках города позволяет следить за уровнем за- грязнения атмосферы. В каждом городе проводят определения концентраций основных загрязняющих веществ, т.е. тех, которые выбрасываются в атмосферу
почти всеми источниками: пыль, оксиды серы, оксиды азота, оксид углерода и др. Кроме того, измеряются концентрации веществ, наиболее характерных для выбросов предприятий данного города.
Для изучения особенностей загрязнения воздуха выбросами отдельных промышленных предприятий проводятся измерения концентраций с подвет- ренной стороны под дымовым факелом, выходящим из труб предприятия на разном расстоянии от него.
Подфакельные наблюдения проводятся на автомашине или на стационар- ных постах. Чтобы детально ознакомиться с особенностями загрязнения возду- ха, создаваемого автомобилями, проводятся специальные обследования вблизи магистралей.
2.1.2. Нормирование качества атмосферного воздуха
Основной величиной экологического нормирования содержания вредных веществ в воздухе является предельно-допустимая концентрация (ПДК).
ПДК - это такое содержание вредного вещества в окружающей среде, ко- торое при постоянном контакте или при воздействии за определенный проме- жуток времени практически не влияет на здоровье человека и не вызывает не- благоприятных последствий у его потомства.
При определении ПДК учитывается не только влияние вредных веществ на здоровье людей, но и их воздействие на растительность, животных, микроор- ганизмы, климат, прозрачность атмосферы, а также на природные сообщества в целом.
Для санитарной оценки воздушной среды используются несколько видов предельно-допустимых концентраций вредных веществ;
предельно- допустимая концентрация для воздуха рабочей зоны
(ПДКр.з.);
предельно- допустимая концентрация для атмосферного воздуха: макси-
мально-разовая (ПДК м.р.) и среднесуточная (ПДК с.с.);
предельно-допустимая концентрация для мест воздухозабора на заво-
дской площадке, которая принимается равной 30 % ПДК для рабочей зоны.
ПДК р.з. - предельно-допустимая концентрация вредного вещества в воз- духе рабочей зоны, мг / м3. Эта концентрация не должна вызывать у работаю- щих при ежедневном вдыхании в течение 8 ч за все время рабочего стажа ка- ких-либо заболеваний или отклонений от нормы в состоянии здоровья, которые могли быть обнаружены современными методами исследования непосредст- венно во время работы или в отдаленные сроки жизни. При этом рабочей зоной считается пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на ко- торой расположены рабочие места. В настоящее время действуют ПДК для бо- лее 400 вредных веществ в воздухе рабочей зоны, которые приведены в ГОСТ
12.1.005-88
ССБТ.
Общие
санитарно-гигиенические
требования
к
воздуху
рабо-
чей зоны.
Предельно-допустимые концентрации загрязняющих веществ в ат- мосферном воздухе населенных пунктов регламентируются «Списком ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест» № 086-84 , утвержденным Минздравом СССР 27.09.84 и дополнениями к нему, которые приведены в РД 52.04.186-89 «Руководство по контролю загрязнения атмосфе- ры»,(53). В «Списке...» установлены: класс опасности вещества, предельно- допустимые максимально-разовая и среднесуточная концентрации примесей.
ПДК м. р. (максимально-разовая) – это концентрация, которая оказывает немедленное воздействие на организм человека (запах, световое ощущение и т.п.) при 20-минутном воздействии вещества;
ПДК с.с. (средне-суточная) – концентрация вредного вещества, которая не должна оказывать прямого или косвенного вредного воздействия на орга- низм человека в условиях неопределенно долгого круглосуточного вдыхания, она устанавливается для веществ, способных накапливаться в организме, вызы- вая в нем вредные изменения.
Для вредных веществ, ПДК которых не утверждены, определены ориен- тировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосфере населенных пунктов. ОБУВ, утверждается сроком на три года.
2.1.3. Защита атмосферы от вредных выбросов
Наряду с контролем содержания загрязняющих веществ в охране атмо-
сферного воздуха выделяются следующие меры:
• совершенствование и экологизация технологии всех производственных процессов, переход к безотходным технологиям;
• архитектурно-планировочные мероприятия;
• экологически обоснованное землепользование;
• инженерно-организационные мероприятия.
На каждом предприятии и для каждого территориально-промышленного комплекса (ТПК) разрабатывается комплексный план по охране атмосферного воздуха.
Совершенствование и экологизация технологических процессов. Со- вершенствование и экологизация технологии заключается в создании безотход- ных технологических процессов на основе:
разработки принципиально новых технологий и технологических средств;
комплексного использования сырья и утилизации отходов производства;
повышения эффективности работы пыле - газоулавливающих установок;
организации территориально-промышленных комплексов с
замкнутой системой использования вещества, включая отходы производства.
Экологизация технологии достигается также такими приемами, как: создание более прогрессивных в отношении уменьшения загрязнения окру- жающей среды технологических схем;
• замена вредных веществ в производстве безвредными или менее вредными;
• перепрофилирование производства, например, вместо производства антибиотиков наладить производство готовых лекарственных форм;
• очистка сырья от вредных примесей, например, предварительное удаление серы из топлива;
• замена сухих способов переработки пылящих материалов,
например, сухого помола в цементной промышленности на мокрый, в результате которого ликвидируется выброс пыли еще на стадии технологического процесса;
• замена местных котельных на централизованные крупные ТЭЦ и
ТЭС;
• использование топлива с меньшим количеством продуктов
сгорания, например, замена угля и мазута на природный газ;
• электрификация производства, транспорта и быта, например,
замена пламенного нагрева электрическим (применение электропечей в стекольной промышленности);
• использование трубопроводного, гидро- и пневмотранспорта для перемещения пылящих материалов;
• замена прерывистых технологических процессов непрерывными и
др.
Перечисленные выше технологические мероприятия не охватывают всех возможных приемов экологизации технологии для снижения выбросов в атмосферу.
Самой действенной мерой охраны атмосферного воздуха является строительство предприятий, работающих по принципу безотходного (малоотходного) производства, максимально снижающих выбросы в атмосферу. Это принципиально новый подход, основанный на цикличности использования материальных потоков. Эта цикличность подсказана самой природой, и она должна стать основой перспективного малоотходного и ресурсосберегающего производства.
Важное значение для охраны атмосферы имеет перевод автомобилей на
сжиженный газ, что позволяет в 3-4 раза снизить выделение оксида углерода и
других токсичных веществ. Переоборудование бензинового двигателя на газовый не требует существенной переделки. При этом несколько (до 15 %) снижается мощность двигателя, но эксплуатационные расходы не меняются. Используется в автомобилях и газовый конденсат (самостоятельно или в смеси с дизельным топливом). Более экологично использование электромобилей, однако широкого распространения они не получили, так как имеют небольшую мощность двигателя и тяжелые аккумуляторы. Кроме того, они не полностью не устраняют загрязнения, так как для заправки аккумуляторов необходима электроэнергия, производство которой в свою очередь оказывает негативное воздействие на биосферу.
Поскольку одним из источников загрязнения атмосферы в городе является строительство, поэтому на строительных площадках необходимо переводить на электропитание сварочные аппараты, грузоподъемные
механизмы, компрессоры, насосы, агрегаты для забивки свай, средства малой механизации, бульдозеры, экскаваторы, ныне имеющие в основном двигатели внутреннего сгорания.
Перевозка грунта за город превращает засоряемую им землю в бросовую. Важное направление снижения негативного воздействия строительных работ – это снижение объема земляных работ на городских строительных площадках.
Повышение эффективности работы пыле - газоулавливающих установок. Важнейшим направлением экологизации технологических процессов и элементов безотходной технологии являются мероприятия по совершенствованию работы пыле - газоулавливающих установок или санитарно-технические мероприятия.
Эта группа включает специальные меры по защите воздушного бассейна при помощи очистных сооружений, которые различаются как принципом работы, так и эффективностью. Классификация методов и средств защиты воздушного бассейна приведена на рис.1.
Эффективность работы пылеулавливающей установки определяется степенью очистки (коэффициентом эффективности) пылеуловителя в (%), которой называют отношение концентрации уловленной пыли к концентрации пыли, поступающей в пылеуловитель:
C − C
E = 1 2
C
1
⋅100%
Очистка от пыли. Классификация пылеулавливающего оборудования основана на принципиальных особенностях процесса отделения твердых частиц от газовой фазы, это:
• оборудование для улавливания пыли сухим способом, к которому относятся циклоны, пылеосадительные камеры, вихревые циклоны,
жалюзийные и ротационные пылеуловители, электрофильтры, фильтры;
• оборудование для улавливания пыли мокрым способом, к которому относятся скрубберы Вентури, форсуночные скрубберы, пенные аппараты и др.
Загрязнители
Пыль Туман
Газы
Аппараты сухой очистки
Аппараты мокрой очистки
Туманоуловители
Скрубберы
Абсорбция
Адсорбция
Термические ме-
тоды
Фильтры
Электрофильтры
Каталитические методы
Рис.1. Классификация методов и средств очистки выбросов
Гравитационное и центробежное осаждение пыли
Пылеосадительная камера (рис.2) реализует метод сухой очистки и ис-
пользуется для осаждения крупной и тяжелой пыли с размером частиц порядка
100 мкм. Камера представляет собой пустотелый или с полками короб прямо- угольного сечения с бункером для сбора пыли. Площадь сечения камеры значи- тельно больше площади сечения подводящих газоходов, поэтому газовый поток движется в камере очень медленно (скорость не более 0,5 м/с) и пыль оседает под действием силы тяжести.
Рис.2. Пылеосадительная камера
К достоинствам таких камер можно отнести простоту конструкции, низ- кое гидравлическое сопротивление и небольшие затраты на установку и экс- плуатацию, а к недостаткам - громоздкость и низкую эффективность (15-20 %).
Твердые частицы могут быть уда- лены из очищаемого воздуха не только благодаря действию силы тяжести, как в пылевых камерах, но и с помощью инер- ционных сил, присущих движущимся частицам Для этого на пути очищаемого потока устанавливают препятствия, от- клоняющие его. Частицы, содержащиеся в воздушном или газовом потоке, вслед- ствие своей инерции сохраняют первона- чальное положение и, ударяясь о препят- ствие, задерживаются возле него.
Кроме сил инерции можно исполь- зовать и центробежные силы. Одним из наиболее распространенных видов инер- ционных пылеуловителей являются ци- клоны - центробежные пылеуловители (см. рис.3). Широкое применение для су- хой очистки газов получили циклоны различных типов.
Рис.3.
Циклон
Скрубберы (англ. «scrubber», от англ. scrub — «скрести», «чис- тить») относятся к аппаратам мокрой очистки выбросов.
Этот способ основан на промыв- ке газа жидкостью (обычно водой) при интенсивном перемешивании очищае- мого газа с жидкостью. Скрубберы по- зволяют удалить из газа частицы пыли, дыма, тумана и аэрозолей практически любых размеров (рис.4).
Скруббер Вентури состоит из трёх секций: сужающейся секции, не- большой горловины, и расширяющей- ся секции.
Входящий поток газа поступает в сужающуюся секцию, и по мере того,
как площадь поперечного сечения потока уменьшается, скорость газа увеличи- вается, сбоку по патрубкам в сужающуюся секцию (или в горловину) поступает жидкость. Поскольку газ вынужден двигаться с очень большими скоростями в небольшой горловине, то здесь наблюдается большая турбулентность потока газа. Эта турбулентность разбивает поток жидкости на очень большое количе- ство очень мелких капель. Пыль, содержащаяся в газе, оседает на поверхности этих капель. Покидая горловину, газ, перемешанный с облаком мелких капель жидкости, переходит в расширяющуюся секцию, где скорость газа уменьшает- ся, турбулентностть снижается и капли собираются в более крупные. На выходе из скруббера капли жидкости с адсорбированными на них частицами отделяют- ся от потока газа.
Скрубберы других конструкций могут также использоваться для очистки выбросов от газообразных примесей
Очистка от газов
Методы очистки промышленных выбросов от газообразных загрязните- лей по характеру протекания физико-химических процессов делят на пять ос- новных групп:
• промывка выбросов растворителями примесей (абсорбция);
• промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически (хемосорбция);
• поглощение газообразных примесей твердыми активными веществами (адсорбция);
• термическая нейтрализация отходящих газов и поглощение примесей путем применения каталитического превращения.
Метод абсорбции. В технике очистки газовых выбросов процесс абсорб-
ции часто называют скрубберным процессом.
Очистка газовых выбросов методом абсорбции заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или не- скольких газовых компонентов (абсорбатов) этой смеси жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора. Решающим условием при выборе аб- сорбента является растворимость в нем извлекаемого компонента и ее зависи- мость от температуры и давления.
Метод адсорбции. Этот метод основан на физических свойствах некото-
рых твердых тел с ультрамикроскопической структурой селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой сме- си. В пористых телах с капиллярной структурой поверхностное поглощение до- полняется капиллярной конденсацией.
Адсорбция подразделяется на физическую адсорбцию и хемосорбцию. При физической адсорбции молекулы газа прилипают к поверхности твердого тела под действием межмолекулярных сил притяжения (силы Ван-дер-Ваальса). В основе хемосорбции лежит химическое взаимодействие между адсорбентом и адсорбируемым веществом.
В качестве адсорбентов или поглотителей применяют вещества, имею- щие большую площадь поверхности на единицу массы. Так, удельная поверх- ность активных углей достигает 105-106 м2/ кг. Их применяют для очистки га- зов от органических паров, удаления неприятных и газообразных примесей, со- держащихся в незначительных количествах в промышленных выбросах, а так- же летучих растворителей и целого ряда других газов.
Поскольку выбросы любого предприятия содержат не одно, а сразу не- сколько вредных веществ, применяют многоступенчатую (или двухступенча- тую) очистку, комбинируя различные методы и установки.
Архитектурно-планировочные мероприятия
При решении задач, связанных с охраной окружающей природной среды,
большую роль играют планировочные мероприятия, особенно если они прово- дятся на стадии выбора района строительства предприятия, что позволит в дальнейшем сэкономить на очистке выбросов и организации санитарно- защитной зоны.
В новых промышленных районах должны быть проведены микроклима- тические обследования еще до начала планировки и застройки, а также выпол- нен анализ возможных деформаций ветровых потоков в приземном слое атмо-
сферы. Данные этих обследований следует учитывать при размещении пред-
приятий, например, не следует размещать предприятия с большими выбросами вредных веществ в местах застоя воздуха, в низинах, котлованах, а также в рай- онах с часто повторяющимися туманами и повышенными приземными инвер- сиями.