Комарова Л.Ф., Кормина Л.А. Инженерные методы защиты окружающей среды. Техника защиты атмосферы и гидросферы от промышленных загрязнений

Подождите немного. Документ загружается.

К децентрализованным выбросам относят выбросы через фонари,

воздушки от химических аппаратов и емкостей, утечки вредных газов

и паров через неплотности оборудования, расположенного на заво-

дских площадках.

2.2.

ЫБРОСЫ

2.2.1. Состав выбросов

Состав летучих промышленных выбросов так же разнообразен,

как и источники и условия их образования. Приоритетными выброса-

ми, которые заслуживают наиболее пристального внимания при кон-

троле состояния воздушной среды, являются следующие: оксиды серы;

оксиды азота; оксиды углерода; соединения фосфора (P

, PH

); со-

единения мышьяка (As

, As

); смолы различного происхождения;

туманы кислот; дурнопахнущие вещества ДПВ (меркаптаны и серово-

дород); углеводороды УВ, пары летучих органических растворителей

ЛОР (бензин, бензол, спирты, толуол, сероуглерод); пары ртути; фтор и

его соединения; хлор и его соединения; сажа; зола; возгоны и оксиды

металлов, твердые частицы различного размера - от субмикронных до

сотен микрон всевозможного

химического состава и различной морфо-

логии (компактные, хлопьевидные, волокнистые и др.).

Лишь некоторые из перечисленных выбросов однозначно связаны

с источниками их выделения: пары ртути, возгоны и оксиды металлов,

сажа.

Остальные выбросы могут быть продуктами многих процессов

химической промышленности, энергетики, металлургии, машино-

строения и пр.

2.2.2. Свойства и характеристики выбросов

Свойствами

выбросов называют присущие им естественные каче-

ственные проявления, такие как токсичность (в том числе эмбрионо-

токсичность); мутагенность; канцерогенность; общая экологическая

активность.

Характеристики выбросов - это их состав, температура, давление

и другие параметры, служащие основой для технических решений.

Характеристики для данного технологического процесса не в со-

стоянии изменить естественных свойств компонентов, однако влияют

на интенсивность их проявления.

2.2.3. Классификация выбросов

Ввиду многообразия аспектов защиты атмосферы единой, тем бо-

лее официальной классификации летучих промышленных выбросов не

существует. С точки зрения роли и значимости выбросов в процессе

очистки принята следующая классификация.

Все выбросы можно разделить на две группы:

• парогазовые;

• аэрозольные.

Парогазовые - это смесь паров или газов, не несущая

в себе

твердых или жидких взвешенных частиц. Эту группу целесообразно

разделить на две подгруппы:

1а. Выбросы, не подлежащие очистке либо по причине их без-

вредности, либо по соображениям экономической целесообразности

рассеивания через трубы; либо из-за полного отсутствия технических

возможностей очистки в данный период времени. Последнее может

быть допущено

только временно.

1б. Выбросы, подлежащие обязательной очистке.

Аэрозольные выбросы - это смесь газов (паров), несущая твер-

дые или жидкие взвешенные частицы. В этой группе можно выделить

следующие подгруппы:

2а. Аэрозоли, в которых дисперсная фаза подлежит улавливанию,

а парогазовая (дисперсионная) относится к подгруппе 1а и при этом не

оказывает влияния на

работу газоочистной установки (ГОУ), т.е. явля-

ется нейтральной в процессе очистки.

2б. Аэрозоли, в которых дисперсная фаза подлежит улавливанию,

а парогазовая, относясь к подгруппе 1а, в то же время оказывает опре-

деленное влияние на ход очистки. Например, ничтожное содержание

диоксида серы в газе не требует его улавливания, но

внутри тракта га-

зоочистки может образоваться кислый конденсат, вызывающий корро-

зию.

2в. Аэрозоли, у которых дисперсная фаза подлежит улавливанию,

а парогазовая относится к подгруппе 1б. В этом случае требуется либо

комбинированная очистка в одном аппарате, либо комбинация после-

довательно расположенных аппаратов для селективного улавливания

дисперсной фазы и вредных примесей дисперсионной

среды.

2г. Аэрозоли, у которых дисперсионная среда относится к под-

группе 1б, а дисперсная фаза улавливанию не подлежит (например, из-

за низкой ее концентрации) и в то же время не оказывает влияние на

процесс очистки.

2д. Аэрозоли, у которых дисперсионная среда относится к под-

группе 1б, а дисперсная фаза улавливанию не подлежит, однако может

оказывать влияние на процесс очистки (например, постепенно загряз-

нять жидкий или твердый поглотитель - сорбент).

2е. Аэрозоли, у которых дисперсионная среда относится к под-

группе 1а, а дисперсная фаза - к 2г

или 2д. Такой аэрозоль не нуждает-

ся в очистке.

2.2.4. Нормирование выбросов

Нормирование является важнейшим средством регулирования

природопользования, широко применяемым как в отечественной, так и

в зарубежной практике управления качеством окружающей среды. По

своей сущности оно относится к административным методам регули-

рования. В последние годы в связи с развитием экономических

мето-

дов оно все чаще применяются в тесной взаимосвязи с последними,

расширяя диапазон возможностей органов управления и придает необ-

ходимую гибкость в достижении целей управления.

Под экологическим нормированием понимается научно обосно-

ванное ограничение воздействия хозяйственной и иной деятельности

на ресурсы биосферы, обеспечивающее как социально-экономические

интересы общества, так и его

экологические потребности.

Экологическое нормирование предполагает учет так называемой

допустимой нагрузки на экосистему. Допустимой считается такая на-

грузка, под воздействием которой отклонение от нормального состоя-

ния системы не превышает естественных изменений и, следовательно,

не вызывает нежелательных последствий у живых организмов и не ве-

дет к ухудшению качества среды.

Несовершенство используемых технологий, как

в технологиче-

ском, так и в экологическом отношении, невозможность изъятия из

производственной сферы многих необходимых для современной циви-

лизации химических веществ определяют, наряду с другими методами

предупреждения или ограничения их вредного действия, необходи-

мость введения и соблюдения нормативов качества окружающей сре-

ды.

В настоящее время определяющее значение для контроля и

управления качеством окружающей среды имеют санитарно-

гигиенические нормативы, ориентированные на показатели здоровья

человека и его зависимости от состояния окружающей среды. К этой

группе относятся нормативы предельно допустимых концентраций

(ПДК) вредных веществ в воздухе.

ПДК химического вещества во внешней среде - такая концентра-

ция, при воздействии которой на организм человека периодически или

в течение всей жизни, прямо или опосредованно через экологические

системы, а также через возможный экономический ущерб не возникает

заболеваний или изменений состояния здоровья, обнаруживаемых со-

временными методами исследований сразу или в отдаленные сроки

жизни

настоящего или последующих поколений.

Все виды ПДК относятся к отдельным веществам при их изоли-

рованном действии. В реальных ситуациях в воздушной среде может

присутствовать несколько десятков вредных веществ. Для учета ком-

бинированного действия вредных веществ во всех средах используется

принцип комплексного гигиенического нормирования. Так, для атмо-

сферного воздуха населенных мест

установлены коэффициенты ком-

бинированного действия для 36 бинарных смесей и 20 смесей из 3-5

компонентов.

В практике нормирования и для санитарной оценки степени за-

грязненности воздушной среды используются следующие виды ПДК:

• в воздухе рабочей зоны (ПДК

р.з

., мг/м

) - концентрация веще-

ства, которая не вызывает у работающих людей при ежедневном

вдыхании в пределах 8 ч в течение всего рабочего стажа заболева-

ний или отклонений в состоянии здоровья;

• среднесуточная (ПДК

с.с.

, мг/м

) - концентрация вещества в

воздухе населенного пункта, которая не оказывает на человека пря-

мого или косвенного вредного воздействия в условиях неопреде-

ленно долгого круглосуточного вдыхания;

• максимально разовая (ПДК

м.р.

, мг/м

) - концентрация вещест-

ва в воздухе населенного пункта, которая при кратковременном

воздействии (в пределах 20-30 мин.) не вызывает рефлекторных ре-

акций в организме человека.

В настоящее время, согласно данным Всемирной Организации

Здравоохранения, в промышленности используется до 500 тыс. хими-

ческих соединений, из которых 40 тыс. являются вредными для здоро-

вья человека и 12 тыс. - токсичными.

В Российской Федерации уста-

новлены ПДК примерно для 1300 соединений в воздухе.

Для ликвидации диспропорций между числом новых химических

веществ и количеством разрабатываемых гигиенических нормативов в

санитарное законодательство введены наряду с ПДК временные ори-

ентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) и ориенти-

ровочные допустимые уровни (ОДУ). Обоснование временных нор-

мативов проводится с

использованием ускоренных экспериментальных

и расчетных методов, а также по аналогии с ранее нормированными

структурно близкими соединениями.

Несмотря на ведущую роль гигиенических нормативов для оцен-

ки качества окружающей среды, необходимо вводить экологические

стандарты, которые устанавливают требования непосредственно к ис-

точнику загрязнения, ограничивая его деятельность определенной по-

роговой величиной. Таким экологическим нормативом является пре-

дельно -

допустимый выброс вредных веществ в атмосферу (ПДВ).

ПДВ - это максимально допустимое к выбросу в атмосферный

воздух количество загрязняющих веществ данным источником загряз-

нения в единицу времени.

ПДВ устанавливается в соответствии с ГОСТ 17.2.3.02-78.

ПДВ вредного вещества в атмосферу устанавливают для каждого

источника загрязнения при условии, что выбросы от рассматриваемого

источника и

совокупности других источников предприятия или насе-

ленного пункта с учетом перспективы развития предприятия и рассеи-

вания вредных веществ в атмосфере не создадут приземную концен-

трацию данного вещества С, превышающую ПДК населенного пункта.

Для населенных мест требуется выполнение соотношения:

С/ПДК < 1.

При установлении ПДВ для источника загрязнения атмосферы

учитывают установленные расчетом или

экспериментально значения

фоновых концентраций вредных веществ в воздухе С

(мг/м

) от ос-

тальных источников населенного пункта, т.е.:

С = С

+ С

где С

- максимальная расчетная концентрация вредного вещества, мг/м

Максимальную приземную концентрацию вредного вещества оп-

ределяют расчетом рассеивания выбросов в атмосфере в соответствии

с нормативным документом ОНД-86 «Указания по расчету рассеива-

ния в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах промыш-

ленных предприятий», утвержденным Госкомгидрометом в 1986 г.

ПДВ определяют для каждого источника загрязнения. Для неор-

ганизованных выбросов и близкорасположенных мелких одиночных

источников устанавливают суммарный ПДВ. В результате суммирова-

ния ПДВ отдельных источников загрязнения атмосферы определяют

ПДВ для предприятия в целом.

При установлении ПДВ необходимо учитывать перспективу раз-

вития предприятия, физико-географические и климатические условия

местности, взаимное расположение предприятия и жилой застройки и

т.д.

Если в воздухе населенных пунктов концентрации вредных

ве-

ществ превышают ПДК, а значение ПДВ по объективным причинам в

настоящее время не могут быть достигнуты, то вводится поэтапное

снижение выбросов вредных веществ до значений, обеспечивающих

ПДК. На каждом этапе до обеспечения ПДВ устанавливают временно-

согласованный выброс (ВСВ) на уровне предприятий с наилучшей

достигнутой технологией производства, аналогичных по мощности и

технологическому процессу.

Величины ПДВ и ВСВ и материалы по их

обоснованию согласо-

вываются с органами Госкомэкологии и пересматриваются не реже 1

раза в 5 лет.

До установления ПДВ (ВСВ) проводят инвентаризацию источни-

ков выбросов вредных веществ в атмосферу.

Большой объем расчетов при нормировании выбросов (множест-

во источников, веществ, перебор направлений и скоростей ветра, ите-

рационные процедуры) предопределяют использование современной

вычислительной техники. Программы расчета

согласовываются с

Главной геофизической обсерваторией (г. С.-Петербург) и ежегодно

утверждаются Минэкологией России.

2.3.

УТИ УСТРАНЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Основными мероприятиями по снижению загрязнения атмосфер-

ного воздуха являются: технологические, архитектурно-плани-

ровочные, организация санитарно-защитной зоны.

2.3.1.Технологические мероприятия

Радикальной мерой борьбы с загрязнениями атмосферы является

создание замкнутых технологических процессов, при которых отсутст-

вует выброс вредных выбросов в атмосферу. Перспективным является

и принцип комплексного использования природного сырья с

созданием

малоотходных технологий.

Однако такой принцип организации промышленного производст-

ва не может быть достигнут во всех отраслях народного хозяйства, по-

этому приобретают значение меры хотя и не радикального характера,

но все же обеспечивающие сохранение допустимых санитарных норм.

Одной из таких мер являются мероприятия в сфере основной тех-

нологии, либо подавляющие полностью

, либо снижающие выбросы

вредных веществ.

Эти мероприятия для каждого вида производства специфичны.

Однако есть общие условия, действительные для многих отраслей.

Для снижения выбросов вредных веществ в продуктах сжигания

топлива необходимо совершенствование технологии его сжигания.

Во всех без исключения топочных устройствах должно обеспечи-

ваться полное сгорание горючих компонентов. Тем самым будет уст-

ранено присутствие в выбросах сажи и оксида углерода. С этой целью

проектируют специальные форсунки для полного смешения топлива с

воздухом

Если в процессах основной технологии неизбежно выделяются

летучие горючие компоненты (смолы, оксид углерода и пр.) необ-

ходимо предусмотреть дожигающие устройства непосредственно в

конструкции основного технологического оборудования.

Переход на сжигание дробленного топлива снижает выброс золы

в 2-2,5 раза, а выбросы субмикронных частиц, ответственных за вы-

брос в атмосферу тяжелых металлов, сокращается на

порядок.

В топочных устройствах следует избегать превышение темпера-

туры сверх регламентного и объемов дутьевого воздуха сверх расчет-

ного с целью снижения эмиссии оксидов азота. С этой целью исполь-

зуют двухступенчатое сжигание топлива, рециркуляцию дымовых га-

зов, переоборудование топки, сжигание в псевдоожижженом слое, спе-

циальные конструкции горелок.

С целью снижения выбросов диоксидов

серы необходимо прово-

дить предварительную обработку топлива (обессеривание), повышать

качество используемого топлива (обогащение). Кроме того, для этих

же целей проводится связывание серы в процессе сжигания топлива

вводом щелочных присадок. Полностью ликвидируется выброс диок-

сида серы при переводе котлов с твердого и жидкого топлива на газо-

образное, при замене пламенного нагрева

электрическим (замена ва-

гранок литейных цехов на индукционные печи, плавка лома в индук-

ционных печах вместо шахтных, применение электропечей в стеколь-

ной промышленности).

Для снижения пылеобразования пылящих материалов необходи-

мо герметизировать агрегаты - источники выбросов, а также макси-

мально уплотнить пылегазовые тракты. В сушильных агрегатах нельзя

допускать пересушивание материала, т.к. при

этом будет увеличивать-

ся пылеобразование при последующей обработке и транспортировке

материала. При переработке пылящих материалов их следует увлаж-

нять, если это не противоречит требованиям основной технологии про-

изводства.

В аппаратах пылегазоочистки не должна иметь место нестабиль-

ность технологических режимов сверх допусков, установленных рег-

ламентом, т.к. при этом меняется состав

и количество выбросов.

Замена периодических процессов непрерывными позволяет ис-

ключить залповые выбросы, характерные для периодических процес-

сов.

Если по причинам объективного характера на данном этапе не-

возможно создание рациональной технологии, подавляющей выбросы

вредных веществ, то предприятия обязаны сооружать очистные соору-

жения.

Однако не для всех выбросов разработаны способы очистки; во

многих случаях она требует

больших затрат, поэтому часто загрязнен-

ные выбросы отводят на большую высоту, сооружая высокие трубы.

При этом вредные вещества, достигая приземного слоя атмосферы,

рассеиваются и создают приземную концентрацию, не превышающую

нормативных значений.

2.3.2. Архитектурно-планировочные мероприятия

Архитектурно-планировочные мероприятия (АПМ), если они

проводятся на стадии выбора района строительства предприятия и

компоновки

зданий и сооружений на генплане существующего пред-

приятия, не требует капитальных затрат, но в дальнейшем помогут сэ-

кономить на мероприятиях по газоочистке и организации санитарно-

защитной зоны.

При выборе района строительства необходимо руководствоваться

картой районирования территории по потенциалу загрязнений воздуха,

разработанной ГГО им. А.И. Воейкова.

Необходимо избегать строительства предприятий

с большими

выбросами вредных веществ в местах застоя воздуха, в низинах и кот-

лованах, а также в районах с часто повторяющимися туманами и по-

вышенными температурными инверсиями.

Следует уделять особое внимание взаимному расположению

предприятий и жилых районов. Для каждого варианта расположения

предприятия необходимо определить норматив ПДВ с учетом удален-

ности жилых

районов, рельефа местности и климатических условий.

При окончательном выборе места строительства следует исходить из

минимума затрат на строительство предприятия в данном месте и рас-

ходов на очистку.

2.3.3. Организация санитарно-защитной зоны (СЗЗ)

Для предприятий предусмотрена санитарная классификация, учи-

тывающая мощность предприятия, условия осуществления технологи-

ческих процессов, характер и количество вредных выбросов, вибра-

цию, электромагнитные волны, ультразвук и др. вредные факторы.

Всего установлено 5 классов предприятий:

Класс I II III IV V

Размер зоны, м 1000 500 300 100 50

При необходимости и соответствующем ТЭО размер СЗЗ может

быть увеличен, но не более чем в 3 раза (малая эффективность систем

очистки, отсутствие способов очистки, неблагоприятные физико-

географические или

метеорологические условия, при строительстве

новых малоизученных и вредных производств).

Размеры СЗЗ, установленные в Санитарных нормах, должны под-

тверждаться расчетами рассеивания выбросов в соответствии с дейст-

вующими методиками. При этом на границе СЗЗ концентрация вред-

ных веществ в приземном слое не должна превышать ПДК

м.р.

Полученные по расчету размеры СЗЗ должны уточняться в зави-

симости от розы ветров района расположения предприятия по форму-

ле:

L = L

P/P

при Р > P

где L(м) - расчетный размер СЗЗ с учетом розы ветров; L

(м) -расчетное рас-

стояние от источника до границы СЗЗ без учета поправки на розу ветров, т.е.

расстояние от источника до точки, в которой С=ПДК

м.р.

; P(%) - среднегодовая

повторяемость направлений ветров рассматриваемого румба; P

(%) - повто-

ряемость направлений ветров одного румба при круговой розе ветров.

По направлениям ветра, для которых Р < P

L = L

В любом из вариантов при Р > P

Р < P

размер СЗЗ рекоменду-

ется принимать не менее установленного по санитарной классифика-

ции.

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ АЭРОЗОЛЕЙ

3.1.

ВОЙСТВА ПЫЛЕЙ

Надежность и эффективность работы систем пылеочистки в зна-

чительной степени зависят от физико-химических свойств улавливае-

мой пыли.

Рассмотрим основные свойства взвешенных частиц.

Плотность частиц. Различают истинную d , насыпную ∆ и ка-

жущуюся

плотности.

Насыпная плотность - плотность порошкообразного материала в

рыхлонасыпанном состоянии. При слеживании насыпная плотность

возрастает в 1,5 раза.

Кажущаяся плотность - масса частицы, отнесенная к занимаемо-

му ею объему, включая поры, пустоты и неровности. Гладкие моно-

литные, как и первичные частицы имеют кажущуюся плотность, сов-

падающую с истинной.

Истинная плотность - плотность частиц, не имеющих пор. Сни-

жение кажущейся плотности по отношению к истинной наблюдается у

пылей, склонных к коагуляции или

спеканию первичных частиц, на-

пример, у сажи, оксидов металлов и пр.

Дисперсность частиц. Методы улавливания пыли зависят от ее

дисперсности, т.е. количественного распределения частиц пыли по

размерам. В зависимости от размера частиц пыль подразделяется на

несколько видов - макроскопическая - более 10 мкм; микроскопическая

0,25-10 мкм; ультрамикроскопическая 0,01-0,25 мкм; субмикроскопи-

ческая - менее 0,01 мкм.

Частицы

пыли имеют различные размеры, т.е. полидисперсны.

Кроме того, имеют различную форму В процессе коагуляции первич-

ные частицы пыли объединяются в агломераты, т.е. укрупняются. По-

этому в технике газоочистки для дисперсного анализа пыли введены

понятия стоксовского или седиментационного, аэродинамического и

медианного диаметров.

Стоксовский или седиментационный диаметр - это диаметр сфе-

рической частицы, имеющей такую же скорость осаждения, как и дан-

ная несферическая частица или агрегат.

Аэродинамический диаметр - диаметр сферы, скорость осаждения

которой соответствует скорости осаждения частицы плотностью 1000

кг/м

Медианный диаметр или медиана распределения δ

соответству-

ет такому диаметру, по которому масса всех частиц делится на две

равные части. Масса всех частиц, диаметр которых < δ

50,

составляет 50

% от общей массы частиц. Медианный диаметр находят с помощью

интегральной кривой распределения.

Существует классификационная номограмма пыли по дисперсно-

сти. Для определения классификационной группы заданной пыли на-

носят на номограмму точки, соответствующие содержанию каждой

фракции пыли. Положение образованной линии в той или иной зоне

номограммы указывает на принадлежность заданной пыли к соответст-

вующей классификационной группе.

Адгезионные свойства частиц определяют их склонность к сли-

паемости

. Повышенная слипаемость частиц может привести к забива-

нию пылеулавливающих аппаратов. Чем меньше размер частиц, тем

легче они прилипают к поверхности аппарата. По степени слипаемости