книги / Основы общей экологии. Прикладная экология

принимается равным 1. Для мелкодисперсных аэрозолей (это зола, пыль, V2O5) при степени очистки более 90 % принимается F = 2, при степени очистки 90_75 % F = 2,5; при степени очистки 75 % F = 3; m, n – безразмерные коэффициенты, определяемые условиями выхода газовоздушной смеси из источника. При круглом устье и конусной трубе m и n близки к 1; η – коэффициент, учитывающий влияние местного рельефа. При перепаде высот менее 50 м η = 1; V – расход газовой смеси, м3/с; ∆Т – разница температуры выбрасывания газовоздушного потока и окружающего воздуха. ∆Т = Тг – Тв, где Тг – температура выбрасываемой в атмосферный воздух газовоздушной смеси; Тв – средняя дневная температура окружающего наружного воздуха наиболее жаркого месяца года. За Тв принимается средняя температура самого жаркого месяца. В отопительный сезон за Тв принимается среднемесячная температура самого холодного месяца.

Значение ПДВ (г/с) для одиночного источника ЗВ рассчитывают по формуле

Для оценки уровня загрязнения воздушной среды населенных пунктов используются интегральные показатели загрязнения атмосферы (ИЗА).

При определении уровня загрязнения атмосферы определяют единичный ИЗА и комплексный ИЗА.

Единичные индексы загрязнения атмосферы примесью (I).

Индекс загрязнения атмосферы Ii – количественная характеристика уровня загрязнения атмосферы отдельной примесью, учитывающая класс опасности вещества:

где Сi – среднегодовая концентрация примеси, мг/м3; ПДКссi – среднесуточная предельно допустимая концентрация i-го загрязняющего вещества, мг/м3; аi – константа для различных классов опасности i-й примеси, учитывающей класс опасности загрязняющего вещества.

Для веществ различных классов опасности принимается:

Единичный ИЗА используют при определении и расчете вклада отдельных примесей в общий уровень загрязнения атмосферы за данный период времени на данной территории. По рассчитанным данным можно провести сравнительную оценку уровня загрязнения атмосферы различными веществами. При этом считают, что при концентрациях, не превышающих ПДК, все токсичные вещества характеризуются одинаковым влиянием на человека, а при увеличении концентрации степень их воздействия возрастает в различной степени, зависящей от класса опасности вещества.

Комплексные показатели загрязнения атмосферного воз-

духа. Комплексный индекс загрязнения атмосферы (КИЗА) – количественная характеристика уровня загрязнения атмосферы, создаваемого n числом примесей, фиксируемых на постах регулярных наблюдений:

где Ii – единичный индекс загрязнения атмосферы i-м веществом.

Оценка комплексного индекса загрязнения атмосферы может проводиться по основным примесям, присутствующим в выбросах антропогенных источников (оксид углерода, оксиды азота, диоксид серы, пыль), приоритетными веществами (примеси с максимальными значениями концентраций;

102

специфические, характерные для рассматриваемой территории):

6.2. Характеристика мероприятий по защите и охране атмосферного воздуха

Для защиты атмосферного воздуха от загрязнений необходимо использование комплекса мероприятий, в том числе архитектурно-планировочных, инженерно-организационных, технологических.

К архитектурно-планировочным мероприятиям по охране атмосферного воздуха и снижению негативного воздействия предприятия на здоровье населения и работающий персонал можно отнести комплексные мероприятия, направленные на выбор площадки для строительства промышленного предприятия, расположение предприятия и селитебной (жилой) территории, взаимного расположения различных цехов и зданий предприятия, организацию санитарно-защитных зон и зон зеленых насаждений.

Промышленные предприятия должны располагаться на ровной, возвышенной, хорошо проветриваемой площадке, с подветренной стороны от селитебной территории. Проектирование промышленных предприятий необходимо проводить с учетом принципа экологического зонирования, с выделением следующих зон: административной, производственной, подсобно-производственной и складской зоны.

Цеха и производства, характеризующиеся значительными выбросами ЗВ, должны располагаться преимущественно в центре промышленной площадки, на хорошо проветривае-

103

мых территориях. При выборе технологических площадок должен учитываться рельеф местности, наличие водных поверхностей и зеленых насаждений.

Расположение цехов и источников выбросов (трубы и др.) должно быть таким, чтобы при направлении ветра в сторону жилой застройки их выбросы не объединялись.

В соответствии с требованиями санитарно-эпидемиоло- гических правил и нормативов (СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03) для обеспечения безопасности и снижения риска для здоровья населения вокруг объектов и производств устанавливается специальная территория с особым режимом использования (санитарно-защитная зона – СЗЗ), размер которой обеспечивает уменьшение воздействия загрязнения на атмосферный воздух до значений, установленных гигиеническими нормативами.

Критерий для определения размера СЗЗ: на границе СЗЗ и за ее пределами концентрации ЗВ не должны превышать ПДК для атмосферного воздуха населенных мест.

Для промышленных объектов и производств, сооружений, являющихся источниками воздействия на среду обитания и здоровье человека, в зависимости от мощности, условий эксплуатации, характера и количества выделяемых загрязняющих веществ, создаваемого шума, вибрации и других вредных физических факторов в соответствии с санитарной классификацией промышленных объектов и производств устанавливаются следующие ориентировочные размеры сани- тарно-защитных зон:

–промышленные объекты и производства первого клас-

са – 1000 м;

–промышленные объекты и производства второго клас-

са – 500 м;

–промышленные объекты и производства третьего класса – 300 м;

104

–промышленные объекты и производства четвертого класса – 100 м;

–промышленные объекты и производства пятого клас-

са – 50 м.

В границах СЗЗ промышленного объекта или производства допускается размещать здания и сооружения для обслуживания работников и обеспечения его деятельности, например:

–нежилые помещения для аварийно-спасательных служб;

–здание управления, конструкторские бюро, здания административного назначения;

–научно-исследовательские лаборатории;

–гаражи, стоянки для общественного и индивидуального транспорта, автозаправочные станции, станции технического обслуживания автомобилей;

–пожарные депо;

–ЛЭП, электроподстанции;

–нефте- и газопроводы, артезианские скважины для технического водоснабжения;

–сооружения для подготовки технической воды и оборотного водоснабжения, канализационные насосные станции

ит.п.

Территория СЗЗ должна быть благоустроена и озеленена. При озеленении СЗЗ целесообразно использовать смешанные, древесно-кустарниковые насаждения, характеризующиеся повышенной устойчивостью к загрязнению атмосферного воздуха и почв.

К инженерно-организационным мероприятиям по за-

щите атмосферы можно отнести следующие:

–снижение интенсивности движения транспорта на отдельных магистралях города или населенного пункта;

–увеличение высоты трубы – источника газопылевых выбросов в атмосферу;

105

– повышение скорости движения газов по трубам и др. В городах основным источником загрязнения атмосфе-

ры является автотранспорт. Снижение выбросов от автотранспорта может быть достигнуто при оптимальной организации дорожного движения, создании объездных дорог и др.

Как было показано выше, рассеивание примесей и концентрация веществ в выбросах зависит от высоты трубы. Например, рассеивание примесей через дымовую трубу высотой 100 м происходит в радиусе до 20 км, а через трубу высотой 250 м радиус рассеивания составляет более 70 км. Увеличение высоты трубы и повышение скорости движения выбросов будет способствовать интенсивности рассеивания выброса.

Следует отметить, что основными способами предотвращения загрязнения атмосферы промышленными выбросами являются технологические мероприятия, направленные

–на совершенствование технологических процессов, включающих герметизацию технологического оборудования; использование систем очистки газовых выбросов;

–на создание малоотходных и безотходных технологий

сзамкнутыми циклами газообразных потоков;

–разработку и внедрение эффективных систем очистки пылегазовых выбросов.

Рассмотрим основные методы очистки пылегазовых выбросов от пыли, аэрозолей и токсичных газов.

6.3. Очистка газовых выбросов от пыли и аэрозолей

Пыль – это дисперсная система, состоящая из твердых частиц (дисперсная фаза), находящихся в воздухе (дисперсная среда) во взвешенном состоянии.

Существует несколько видов классификации пыли по различным признакам.

По происхождению различают пыль естественного и антропогенного происхождения. К пыли естественного проис-

106

хождения относят пыль, которая образуется при эрозии почвы, при выветривании горных пород, пыльцы различных растений, а также вулканическую и космическую пыль.

Пыль, образующаяся в различных технологических процессах, относится к пыли антропогенного происхождения.

Химический и дисперсный состав пыли зависит от состава материала, сырья или продукта, образующегося в конкретном производстве.

Для очистки выбросов от промышленной антропогенной пыли используются механические, физико-химические и химические методы.

Классификация методов очистки от пыли и аэрозолей представлена на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Методы очистки выбросов от аэрозолей

Выбор метода очистки зависит от физико-химических свойств пыли. Рассмотрим основные физико-химические свойства пыли.

1. Дисперсность пыли. Под дисперсностью понимают степень измельчения вещества, которую обычно характери-

107

зуют величиной, обратной диаметру частицы (1/d). Важной характеристикой пыли является также распределение частиц по размерам. По дисперсности различают следующие виды пыли:

−очень крупнодисперсные d – 100÷1000 мкм;

−крупнодисперсные d – 40÷100 мкм;

−среднедисперсные d – 20÷40 мкм;

−мелкодисперсные d – 10÷20 мкм;

−очень мелкодисперсные d – 0,01÷10 мкм

От размера частиц зависит скорость их осаждения при пылеочистке.

Для частиц сферической формы скорость осаждения при ламинарном потоке определяется законом Стокса.

Частицы пыли обычно имеют форму, отличную от сферической, поэтому при определении скорости их осаждения пользуются понятием седиментационного диаметра части-

цы. Это диаметр сферы, скорость осаждения и плотность которой соответственно равны скорости осаждения и плотности исследуемой частицы пыли неправильной формы.

2. Плотность пыли. Различают истинную, кажущуюся, насыпную плотности.

Истинная плотность – это масса единицы объема пыли без учета пористости частиц, масса «скелета» частицы пыли.

Кажущаяся плотность – отношение масса пыли к объему частиц пыли с учетом пористости. Кажущаяся плотность непористой частицы пыли равна истинной плотности частицы.

Насыпная плотность – масса единицы объема слоя пыли, например масса 1 л пыли, при этом учитывается порозность слоя, т.е. воздушная прослойка между частицами пыли. При слеживании насыпная плотность может возрасти в 1,5–2 раза.

Удельная поверхность аэрозоля – отношение площади поверхности частиц к их массе или объему.

108

3. Адгезионные свойства пыли. Слипаемость пыли. Дис-

персные частицы пыли за счет сил межмолекулярного взаимодействия (когезионнных сил) способны взаимодействовать друг с другом, образуя плотные агрегаты. Это явление получило название слипаемость пыли.

Слипаемость пыли зависит от ее химического состава, гигроскопичности, размера частиц пыли и повышается c увеличением дисперсности. Все мелкодисперсные пыли слипаемы. По степени слипаемости пыли выделяют четыре группы

(табл. 6.2.)

Частицы пыли также могут проявлять адгезионные свойства, т.е. взаимодействовать (сцепляться) с поверхностью других тел, что необходимо учитывать при выборе метода очистки от пыли.

4. Смачиваемость пыли. Явление смачивание происхо-

дит в результате взаимодействия жидкости с твердым телом на поверхности контакта фаз. Степень смачиваемости зависит от поверхностного натяжения (σ) соприкасающихся фаз.

109

По степени смачивания твердые тела делят:

–на гидрофильные – хорошо смачиваемые, к которым можно отнести соли, силикаты, кварц, оксиды металлов;

–гидрофобные тела – плохо смачиваемые, к которым относятся углеродные материалы (уголь, сажа, кокс), сера;

–абсолютно гидрофобные (парафин, тефлон, битум). Методы мокрого пылеулавливания основаны на смачи-

вании пыли водой.

5.Гигроскопичность пыли – способность поглощать влагу из воздуха. Поглощение влаги оказывает влияние на такие физико-химические свойства пыли, как электрическая проводимость, слипаемость, сыпучесть и др.

Содержание влаги в пыли определяют по величине влагосодержания или влажности. Влагосодержание – отношение количества влаги в пыли к количеству абсолютно сухой пыли.

Влажность – отношение количества влаги в пыли к количеству пыли.

Гигроскопическая влага пыли, т. е. влага, которая удерживается на ее поверхности, в порах и капиллярах, может быть определена при высушивании пробы пыли до постоянной массы при температуре 105 °С.

6.Электрическая проводимость слоя пыли. Этот показа-

тель определяется по удельному электрическому сопротив-

лению слоя пыли (ρ), которое зависит от природы частиц, их структуры и параметров газового потока. Электрическое сопротивление пыли обусловлено поверхностной и объемной проводимостью. Поверхностный слой пыли по электрическим свойствам отличается от основной массы в результате адсорбции на их поверхности влаги и молекул газа. Объемная (внутренняя) проводимость определяется проводимостью материала частицы.

Электрическая проводимость слоя пыли оказывает существенное влияние на работу электрофильтров.

В зависимости от удельного электрического сопротивления (ρ, ом·см) пыли делят:

110