книги / Расчёт и проектирование систем обеспечения безопасности.-1

влияние на человека, животных и растения как непосредственно, так

икосвенно.

Вбольшинстве случаев загрязнения представляют собой отходы различных производств, образующихся наряду с готовой продукцией в результате переработки разнообразных природных ресурсов – топливных, сырьевых, кислорода воздуха, воды и т.д.

Загрязнения подразделяются на две основные группы: материальные (вещества), включающие в себя механические, химические и биологические загрязнения, и энергетические.

Материальные загрязнения

К механическим загрязнениям относятся:

– запыление атмосферы,

– твердые частицы,

– разнообразные предметы в воде и почве.

Химическими загрязнениями являются всевозможные газообразные, жидкие и твердые химические соединения и элементы, попадающие в атмосферу и гидросферу и вступающие во взаимодействие с окружающей средой.

Биологические загрязнения вызваны видами организмов, появившихся при участии человека и наносящих вред ему самому или живой природе.

Объединение механических, химических и биологических загрязнений в одну группу обусловлено тем, что большая часть веществ оказывает на окружающую среду оба рода воздействий. Более того, некоторые виды загрязнений, например радиоактивные отходы, могут быть отнесены как к материальным, так и к энергетическим загрязнениям.

Воснову классификации материальных загрязнений положены среда распространения загрязнений (атмосфера, гидросфера, литосфера), их агрегатное состояние (газообразные, жидкие, твердые), применяемые методы обезвреживания, а также степень токсичности загрязнений.

Всоответствии с классификацией материальные промышленные загрязнения окружающей среды можно разбить на выбросы в атмосферу, сточные воды и твердые отходы.

Энергетические загрязнения (физические)

К энергетическим загрязнениям относят:

–тепловые выбросы;

–механическую энергию, включая вибрацию, шум, ультразвук;

–все виды излучений и полей.

71

Загрязнения, отрицательно влияя на окружающую среду, в свою очередь, могут подвергаться определенному воздействию с ее стороны. По этому весьма важному с экологической точки зрения признаку загрязнения разделяют на две группы: стойкие (неразрушимые) и разрушаемые под действием природных химико-биологических процессов.

По масштабам воздействия и распространению загрязнение может быть локальным (местным) и региональным.

Под видами загрязнений понимают также любые нежелательные для экосистем антропогенные изменения (рис. 4.1).

ингредиентное (минеральное и органическое) загрязнение как совокупность веществ, чуждых естественным биогеоценозам (например, бытовые стоки, ядохимикаты, продукты сгорания и т. д);

параметрическое загрязнение, связанное с изменениями качественных параметров окружающей среды (тепловое, шумовое, радиационное, электромагнитное);

биоценотическое загрязнение, вызывающее нарушение в составе и структуре популяций живых организмов (перепромысел, направленная интродукция и акклиматизация видов и т.д.);

стациалъно-деструкционное загрязнение (стация – место обитания популяции, деструкция – разрушение), связанное с нарушением и преобразованием ландшафтов и экосистем в процессе природопользования (зарегулированиеводотоков, урбанизация, вырубка лесных насаждений ипр.).

Существуют два главных источника материального загрязнения атмосферы: естественный и искусственный (антропогенный).

Космическая пыль образуется из остатков сгоревших метеоритов при их прохождении ватмосфере. Ежегодно ее выпадает наЗемлю 2–5 млнт.

Природная пыль является постоянной составной частью земной атмосферы. Частицы природной пыли имеют органическое и неорганическое происхождение и образуются в результате разрушения и выветривания горных пород и почвы, вулканических извержений, лесных, степных и торфяных пожаров, испарения с поверхности морей. Среди источников пыли в нижних слоях атмосферы находятся безводные пустыни и степи. Кроме того, она образуется аэропланктоном – бактериями, спорами растений, плесневыми и другими грибами, продуктами гниения, брожения и разложения растений и животных.

Атмосферный воздух над океаном включает мельчайшие кристаллы солей магния, натрия, калия, кальция, образующиеся в результате

72

высыхания в воздухе брызг воды. Как правило, естественное загрязнение не угрожает отрицательными последствиями для биогеоценозов и обитающих в них живых организмов, хотя кратковременные последствия возможны.

Атмосферная пыль имеет большое значение для процессов, происходящих на Земле. Она способствует конденсации водяных паров, а следовательно, и образованию осадков, кроме того, поглощает прямую солнечную радиацию и защищает организмы от солнечного излучения. Академик В.И. Вернадский отмечал, что атмосферная пыль играет огромную роль в химии планеты.

Биологическое разложение веществ на Земле, в том числе жизнедеятельность почвенных бактерий, ведет к образованию больших количеств сероводорода, аммиака, углеводородов, оксидов азота (N2О, NO, NO2), оксида и диоксида углерода. Все они попадают в атмосферу.

Источниками антропогенного загрязнения атмосферы примесями служат теплоэнергетика, промышленность, нефте- и газопереработка, транспорт, испытания термоядерного оружия. Каждый из этих источников (и каждая отрасль производства) связан с выделением специфических примесей, состав которых насчитывает десятки тысяч веществ, иногда сразу не поддающихся идентификации. Однако наиболее обычные загрязняющие вещества, поступающие в атмосферу в массе и называемые поэтому многотоннажными, сравнительно немногочисленны.

Наиболее распространенные выбросы промышленности (из Г.В. Новикова и А.Я. Дударева, 1978) следующие: зола, пыль, окись цинка, силикаты, хлорид свинца; сернистый ангидрид, серный ангидрид, сероводород, меркаптан; альдегиды, углеводороды, смолы; оксид и диоксид азота, аммиак; озон, оксид и диоксид углерода; фтористый водород, хлористый водород, кремнефтористый натрий; радиоактивные газы, аэрозоли.

Классификация выбросов вредных веществ в атмосферу установлена в ГОСТ 17.2.1.01–76. Согласно этому стандарту выбросы в воздушный бассейн в зависимости от состава вредных веществ классифицируются по агрегатному состоянию этих веществ (газо- и парообразные, жидкие, твердые и смешанные выбросы) и по массовому выбросу, т.е. массе веществ, выбрасываемых в единицу времени (тонн в сутки). По химическому составу выбросы делятся на группы, а в зависимости от размера частиц – на подгруппы.

74

Источники загрязнений могут быть классифицированы по следующим принципам:

а) типы систем, из которых выбрасываются вредные вещества; б) расположение источников в потоке ветра; в) способ вывода в атмосферу;

г) температура выбрасываемой газовоздушной смеси; д) режим работы во времени; е) степень централизации; ж) дельность распространения.

По типу системы источники делятся на технологические

ивентиляционные.

Ктехнологическим относятся хвостовые газы установок улавливания (адсорбции, рекуперации), выбросы при продувке, из воздушек аппаратов, утечки через соединительные элементы оборудования и сальники. Характеризуются малыми объемами и высокими концентрациями, их, как правило, нужно очищать или ликвидировать места утечки газов.

Вентиляционные выбросы – выбросы механической и естественной общеобменной вентиляции и местной вытяжной вентиляции. Характеризуются большими объемами и низким содержанием вредных веществ. Выбросы от местных отсосов по своей характеристике приближаются к технологическим.

По расположению источники делятся на высокие и низкие.

Под эффективной высотой выброса (Нэ) понимают сумму геометрической высоты трубы (Нтр) и высоты подъема воздушной струи (∆h) загрязненного воздуха над устьем источника под действием направленного вверх начального импульса струи и сил плавучести, возникающих из-за того, что плотность загрязненного воздуха, вытекающего из источника, меньше плотности окружающей среды,

Нэ = Нтр + ∆h.

К высоким (незатененным) источникам относятся точечные источники – трубы высотой более 3,5 Нзд. При такой высоте можно пренебречь влиянием на распространение примесей деформации потока ветра, вызванной строениями. На распространение вредных веществ также мало сказывается турбулентность потока, образующихся при срывах у острых кромок здания, и определяющей является турбулентность самой атмосферы.

75

При эффективной высоте выброса в пределах 2,5Нзд ≤ Нэ≤ 3,5Нзд имеет место переходная область. В этой области на распространение вредных веществ влияют атмосферная турбулентность и турбулентность за счет срыва потока ветра и на кромках зданий.

К низким (затененным) источникам относятся такие, эффективная высота выброса из которых меньше высоты циркуляционной зоны, возникающей над и за зданием. В этом случае выброс загрязняет в первую очередь циркуляционную зону, и максимальная концентрация вредного вещества наблюдается в пределах этой зоны.

Источники, расположенные в циркуляционной зоне, из которых воздух выходит, имея направленный вверх начальный импульс, в зависимости от скорости ветра могут оказаться низкими и высокими. Такие источники относятся к I группе.

При большой скорости подъем струи над устьем источника мал, и струя загрязненного воздуха сдувается потоком ветра в циркуляционную зону. В этом случае источник следует рассматривать как низкий. По мере уменьшения скорости подъем струи возрастет и при определённой скорости струя будет распределяться вне циркуляционной зоны. Таким образом, низкий источник при малых скоростях становится высоким, что имеет большое значение для охраны приземного слоя атмосферы от загрязнений.

При штиле в приземном слое концентрации вредных веществ, выбрасываемых из низких источников I группы, близки к нулю.

Ко II группе отнесены размещенные в циркуляционной зоне низкие выбросы, из которых загрязненный воздух с температурой, близкой к температуре окружающей среды, поступают в атмосферу, не имея направленного вверх начального импульса.

Выбросы II группы – низкие и не переходят при малых скоростях ветра в высокие. К этой группе относятся выбросы через трубы и крышные вентиляторы с колпаками через неплотности открыто расположенного оборудования и трубопроводов. Такие источники наиболее опасны в отношении приземного слоя атмосферы при низких скоростях ветра.

По способу вывода загрязненного воздуха в атмосферу источники делятся на канализированные (организованные) и неканализирован-

ные (неорганизованные).

Кканализированным выбросам относятся выбросы через трубы

ишахты, к неканализированным – выбросы через фонари, выделение вредных веществ через соединительные элементы оборудования, вы-

76

бросы в результате отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки и хранения веществ, испарения с открытой поверхности жидкости.

Канализированные выбросы поддаются очистке и контролю. Неканализированные, как правило, не очищают, и контроль их затруднен.

По температуре газовоздушные смеси (ГВС) делятся на:

– сильно нагретые ∆t = t – tокр < 100 °C

– нагретые 20 °C < ∆t < 100 °C;

–слабо нагретые 5 °C < ∆t < 20 °C;

–изотермические ∆t = 0;

–охлажденные ∆t < 0.

К I группе относятся дымовые газы, горящие факелы на НХЗ, выбросы сушильного и прочего оборудования, процессы которых протекают при высоких температурах. Подобные выбросы поднимаются над устьем трубы, этот процесс способствует эффективному рассеиванию выбросов.

Для предприятий химической промышленности характерны выбросы II–IV групп.

Охлаждение ГВС попадают в атмосферу из оборудования, в котором поддерживается низкая температура; при истечении газов из оборудования, среда в котором находится под давлением и при низких температурах, из помещений с кондиционированием воздуха. Такие выбросы опускаются вниз и рассеиваются слабо. Аналогичное явление наблюдается при выбросе в атмосферу воздуха, загрязненного газами и парами с плотностью выше плотности воздуха.

По режиму работы выбросы делятся на:

–постоянно действующие с равномерным валовым выбросом или меняющиеся по определенному закону (выбросы от технологического оборудования);

–периодические (продувка аппаратов);

–залповые, когда за короткий промежуток времени выбрасывается большое количество вредных веществ.

По степени централизации выбросы подразделяются на централизованные и децентрализованные.

В первом случае выбросы собираются в одну или две трубы. Высокие централизованные выбросы обеспечивают чистоту воздуха на самой промплощадке и хорошее рассеивание в высоких слоях атмосферы.

77

Во втором случае от каждого агрегата устраивают самостоятельный выброс. При такой ситуации имеется большое число невысоких труб, выбросы из которых загрязняют приземный слой и затрудняет забор чистого воздуха для систем приточной вентиляции зданий.

К децентрализованным выбросам относят выбросы фонари, воздушки от химических аппаратов и емкостей, утечки вредных газов и паров через неплотностиоборудования, расположенногоназаводскихплощадках.

Предельно-допустимые концентрации вредных веществ в атмо-

сферном воздухе. Нормирование выбросов 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 регулирования антропогенного воздействия на атмосферу. В последние годы наиболее распространенными методами регулирования являются экономические механизмы в сфере природовользования. На сегодняшний нормирование и экономические санкции применяются в тесной взаимосвязи друг с другом.

Под экологическим нормированием понимается научно обоснованное 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 нагрузка, под воздействием которой отклонение от нормального состояния системы не превышает естественных изменений и, следовательно, не вызывает нежелательных последствий у живых организмов и не ведет к ухудшению качества среды.

Несовершенство используемых технологий, как в технологическом, так и в экологическом отношении, невозможность изъятия из производственной сферы многих необходимых для современной цивилизации химических веществ определяют, наряду с другими методами предупреждения или ограничения их вредного воздействия, необходимость введения и соблюдения нормативов качества окружающей среды.

Технологические газы и вентиляционный воздух, удаляемые местными отсосами, в большинстве случаев содержат пыль или вредные вещества. Если такие газы не очищать перед выбросом в атмосферу, они будут загрязнять воздушный бассейн.

Для предотвращения негативных последствий воздействия загрязняющих веществ на отдельные компоненты природной среды необхо-

78

димо учитывать их предельные уровни в газах, выбрасываемых из труб промышленных предприятий и рассеиваемых в воздухе, при которых возможна нормальная жизнедеятельность и функционирование организма. Основной величиной экологического нормирования содержания вредных химических соединений в компонентах природной среды явля-

ется предельно допустимая концентрация (ПДК). ПДК – это такое со-

держание вредного вещества в окружающей среде, которое при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства. При определении ПДК учитывается не только влияние загрязняющего вещества на здоровье человека, но и его воздействие на животных, растения, микроорганизмы, а также на природные сообщества в целом.

Для санитарной оценки воздушной среды используется несколько видов ПДК вредных веществ, в том числе ПДК для рабочей зоны (р.з), максимально-разовая (м.р) и среднесуточная (с.с) ПДК, которые установлены на основе рефлекторных реакций организма человека на присутствие в воздухе токсикантов.

ПДКр.з – предельно-допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны, мг·м–3 . Эта концентрация не должна вызывать у работающих при ежедневном вдыхании в течение 8 часов за все время рабочего стажа каких-либо заболеваний или отклонений от нормы в состоянии здоровья, которые могли бы быть обнаружены современными методами исследования непосредственно во время работы или в отдаленные сроки. При этом рабочей зоной считается пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которой расположены места постоянного или временного пребывания работающих.

ПДКм.р – максимально разовая концентрация вредного вещества

ввоздухе населенных мест, мг·м–3 , которая не должна вызывать рефлекторных реакций в организме человека.

ПДКс.с – среднесуточная предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, мг·м–3 . Эта концентрация вредного вещества не должна оказывать прямого или косвенного вредного воздействия на организм человека в условиях неопределенно долгого круглосуточного вдыхания.

Предельно-допустимые концентрации некоторых вредных веществ

ватмосферном воздухе приведены в табл. 4.1.

79

Таблица 4.1 ПДК некоторых вредных веществ в атмосферном воздухе

Остаточная концентрация пыли в очищенном газе, выбрасываемом

ватмосферу через дымовую трубу, не должна уменьшать прозрачность атмосферы, поглощать световые лучи и задерживать ультрафиолетовую солнечную радиацию. Поэтому газ не должен быть окрашен в коричневый или черный цвет и содержать пыль более 100 мг/м3.

Даже в том случае, когда в результате выброса газа через высокую дымовую трубу обеспечивается предельно допустимая концентрация пыли в приземном слое атмосферного воздуха населенного пункта, концентрация пыли в этом газе более 100 мг/м3 нежелательна.

Несмотря на ведущую роль гигиенических нормативов для оценки качества окружающей среды, необходимо вводить экологические стандарты, которые устанавливают требования непосредственно к источнику загрязнения, ограничивая его деятельность определенной пороговой величине. Таким экологическим нормативом является предельно-допустимый выброс вредных веществ ватмосферу (ПДВ).

ПДВ – это максимально допустимое к выбросу в атмосферный воздух количество загрязняющих веществ данным источником загрязнения

вединицу времени.

80