Масса выбросов аэрозоля
от окрасочного оборудования с вентиляционным
воздухом в атмосферу:
ma=m1k4k5(1-ηа),
где k4 – доля лакокрасочных
материалов, расходуемых на образование
окрасочного аэрозоля; зависит от способа
распыления краски; k5 – коэффициент, учитывающий
поступление окрасочного аэрозоля в рабочую
зону; обычно k5=k3; ηа – эффективность улавливания
окрасочного аэрозоля гидрофильтрами;
обычно 0,92...0,98.
Значения k1 и k4 для различных способов
окраски металлических изделий приведены
ниже:
|
|
k1
|
k4
|
Распыление
пневматическое
безвоздушное
Электроосаждение
Окунание
Струйный облив |
0,4
0,22
0,1
0,35
0,25 |
0,3
0,25
–
–
– |
Энергетические установки. Много загрязняющих веществ
поступает в атмосферный воздух от энергетических
установок, работающих на углеводородном
топливе (бензине, керосине, дизельном
топливе, мазуте, угле и др.). Количество
этих веществ определяется составом, массой
сжигаемого топлива и организацией процесса
сгорания.
Основными источниками загрязнения
атмосферы являются транспортные средства
с двигателями внутреннего сгорания (ДВС)
и тепловые электрические станции (ТЭС).
Основные вещества, выбрасываемые
в атмосферу при сжигании различных видов
топлива в энергоустановках,— нетоксичные
диоксид углерода и водяной пар. Однако,
кроме них, в атмосферу выбрасываются
и вредные вещества, такие как оксид углерода,
оксиды серы, азота, соединения свинца,
сажа, углеводороды, в том числе канцерогенный
бенз(а)пирен, несгоревшие частицы твердого
топлива и т. п.
При сжигании твердого топлива
в котлах ТЭС образуется большое количество
золы, диоксида серы, оксидов азота. Например,
подмосковные угли имеют в своем составе
2,5...6,0 % серы и 30...50 % золы. Материальный баланс современной
угольной ТЭС показан на рис 10.1.
Перевод котлов на жидкое топливо
(мазут) существенно уменьшает образование
золы, но практически не снижает выбросы
диоксида серы, так как мазуты, применяемые
в качестве топлива, содержат 2 % и более
серы. Дымовые газы, образующиеся при сжигании
мазута, содержат, кроме того, оксиды азота,
газообразные и твердые продукты неполного
сгорания. Так же как и при сгорании твердого
топлива, отходящие газы содержат соединения
тяжелых металлов. При сжигании природного
газа в дымовых выбросах содержатся оксиды
азота.
Исследования показывают, что
вблизи электростанции, выбрасывающей
в сутки 280...360 т диоксида серы, максимальные
концентрации его с подветренной стороны
на расстоянии 200...500, 500...1000 и 1000...2000 м составляют
соответственно 0,3…4,9; 0,7...5,5 и 0,22...2,8 мг/м3.
Автомобильный транспорт также
является источником загрязнения атмосферы.
Так как число автомобилей непрерывно
возрастает, особенно в крупных городах,
то растет и валовой выброс вредных продуктов
в атмосферу. Автотранспорт относится
к движущимся источникам загрязнения,
широко встречающимся в жилых районах
и местах отдыха.
Токсичными выбросами ДВС являются
отработавшие и картерные газы, пары топлива
из карбюратора и топливного бака. Основная
доля токсичных примесей поступает в атмосферу
с отработавшими газами ДВС. С картерными
газами и парами топлива в атмосферу поступает
- 45 % углеводородов от их общего выброса.
Исследования состава отработавших
газов ДВС показывают, что в них содержится
несколько десятков компонентов, основные
из которых приведены в табл. 10.1. Диоксид серы образуется
в отработавших газах в том случае, когда
сера содержится в исходном топливе (дизельное
топливо).
Анализ данных, приведенных
в табл. 10.1., показывает, что наибольшей
токсичностью обладает выхлоп карбюраторных
ДВС за счет большого выброса оксида углерода,
оксидов азота, углеводородов и др. Дизельные
ДВС выбрасывают в больших количествах
сажу, которая в чистом виде нетоксична.
Однако частицы сажи, обладая высокой
адсорбционной способностью, несут на
своей поверхности частицы токсичных
веществ, в том числе и канцерогенных.
Сажа может длительное время находиться
во взвешенном состоянии в воздухе, увеличивая
время воздействия токсичных веществ
на человека.
Таблица
10.1.
Состав отработавших
газов ДВС
Компонент |
Объемная доля компонента,
%
|
Примечание
|
карбюраторные ДВС |
дизельные |
Азот
|
74...77
|
76...78
|
Не токсичны
|
Кислород
|
0,3...8
|
2...18
|
|
Пары воды
|
3,0...5,5
|
0,5...4,0
|
|
Диоксид углерода
|
5,0...12,0
|
1,0...10,0
|
|
Водород
|
0...5,0
|
–
|
|
Оксид углерода
|
0,5...12,0
|
0,01...0,50
|
Токсичны
|
Оксиды азота (в пересчете
на N2О5) |
До 0,8 |
0,0002...0,5 |
|
Углеводороды
|
0,2...3,0
|
0,009...0,5
|
|
Альдегиды
Сажа
|
До 0,2 мг/л
0...0,04 г/м3
|
0,001...0,09 мг/л 0,01...1,1 г/м3
|
|
Бенз(а)пирен
|
10...20 мкг/м3
|
До 10 мкг/м3
|
|
Состав отработавших газов ДВС
зависит от режима работы двигателя. У
двигателя, работающего на бензине, при
неустановившихся режимах (разгоне, торможении)
нарушаются процессы смесеобразования,
что способствует повышенному выделению
токсичных продуктов. В дизелях с уменьшением
нагрузки содержание токсичных компонентов
отработавших газах уменьшается, а при
работе на режиме максимальной нагрузки
возрастает за счет роста выбросов оксида
углерода, оксидов азота и углеводородов.
Количество вредных веществ,
поступающих в атмосферу в составе отработавших
газов, зависит от общего технического
состояния автомобилей и особенно от двигателя
— источника наибольшего загрязнения.
Так, при нарушении регулировки карбюратора
выбросы оксида углерода увеличиваются
в 4...5 раз. Применение этилированного бензина,
имеющего в своем составе соединения свинца,
вызывает загрязнение атмосферного воздуха
весьма токсичными соединениями свинца.
Около 70 % свинца, добавленного к бензину
с этиловой жидкостью, попадает в виде
соединений в атмосферу с отработавшими
газами, из них 30 % оседает на земле сразу
за срезом выпускной трубы автомобиля,
40 % остается в атмосфере. Один грузовой
автомобиль средней грузоподъемности
выделяет 2,5...3 кг свинца в год. Концентрация
свинца в воздухе зависит от содержания
свинца в бензине:
Концентрация свинца
в бензине, г/л 0,15 0,20 0,25 0,50
Концентрация свинца
в воздухе, мкг/м 0,40 0,50 0.55 1,00
Исключить поступление высокотоксичных
соединений свинца в атмосферу можно заменой
этилированного бензина неэтилированным.
2.8.2. Средства защиты атмосферы
Требования к выбросам
в атмосферу. Средства защиты атмосферы
должны ограничивать наличие вредных
веществ в воздухе среды обитания человека
на уровне не выше ПДК. Во всех случаях
должно соблюдаться условие
по каждому вредному веществу
(сф — фоновая концентрация),
а при наличии нескольких вредных веществ
однонаправленного действия — условие
(0.2). Соблюдение этих требований достигается
локализацией вредных веществ в месте
их образования, отводом из помещения
или от оборудования и рассеиванием в
атмосфере. Если при этом концентрации
вредных веществ в атмосфере превышают
ПДК, то применяют очистку выбросов от
вредных веществ в аппаратах очистки,
установленных в выпускной системе. Наиболее
распространены вентиляционные, технологические
и транспортные выпускные системы.
Рис. 10.2.
Схемы использования средств защиты атмосферы:
1–источник
токсичных веществ; 2–устройство
для локализации токсичных веществ
(местный отсос); 3–аппарат очистки;
4–устройство для забора воздуха
из атмосферы; 5–труба для рассеивания
выбросов; 6 – устройство (воздуходувка)
для подачи воздуха на разбавление
выбросов
На практике реализуются следующие
варианты защиты атмосферного воздуха:
— вывод токсичных веществ из
помещений общеобменной вентиляцией;
— локализация токсичных веществ
в зоне их образования местной вентиляцией,
очистка загрязненного воздуха в специальных
аппаратах и его возврат в производственное
или бытовое помещение, если воздух после
очистки в аппарате соответствует нормативным
требованиям к приточному воздуху (рис.
10.2, а);
— локализация токсичных
веществ в зоне их образования местной
вентиляцией, очистка загрязненного воздуха
в специальных аппаратах, выброс и рассеивание
в атмосфере (рис. 10.2, б);
— очистка технологических
газов выбросов в специальных аппаратах,
выброс и рассеивание в атмосфере; в ряде
случаев перед выбросом отходящие газы
разбавляют атмосферным воздухом (рис.
10.2, в);
— очистка отработавших
газов энергоустановок, например двигателей
внутреннего сгорания в специальных агрегатах,
и выброс в атмосферу или производственную
зону (рудники, карьеры, складские помещения
и т. п.) (рис. 10.2, г).
Для соблюдения ПДК вредных
веществ в атмосферном воздухе населенных
мест устанавливают предельно допустимый
выброс; (ПДВ) вредных веществ из систем
вытяжной вентиляции, различных технологических
и энергетических установок.
В соответствии с требованиями
ГОСТ 17.2.3.02—78 для каждого проектируемого
и действующего промышленного предприятия
устанавливается ПДВ вредных веществ
в атмосферу при условии, что выбросы вредных
веществ от данного источника в совокупности
с другими источниками (с учетом перспективы
их развития) не создадут приземную концентрацию,
превышающую ПДК.
Рассеивание выбросов
в атмосфере. Технологические газы
и вентиляционный воздух после выхода
из труб или вентиляционных устройств
подчиняются законам турбулентной диффузии.
На рис. 10.3 показано распределение концентрации
вредных веществ в атмосфере под факелом
организованного высокого источника выброса.
По мере удаления от трубы в направлении
распространения промышленных выбросов
можно условно выделить три зоны загрязнения
атмосферы:
переброса факела выбросов Б, характеризующаяся
относительно невысоким содержанием вредных
веществ в приземном слое атмосферы; задымления В с максимальным содержанием
вредных веществ и постепенного снижения
уровня загрязнения Г. Зона задымления наиболее опасна
для населения и должна быть исключена
из селитебной застройки. Размеры этой
зоны в зависимости от метеорологических
условий находятся в пределах 10...49 высот
трубы.
Максимальная концентрация
примесей в приземной зоне пропорциональна
производительности источника и обратно
пропорциональна квадрату его высоты
над землей. Подъем горячих струй почти
полностью обусловлен подъемной силой
газов, имеющих более высокую температуру,
чем окружающий воздух. Повышение температуры
и момента количества движения выбрасываемых
газов приводит к увеличению подъемной
силы и снижению их приземной концентрации.
Распространение газообразных
примесей и пылевых частиц диаметром менее
10 мкм, имеющих незначительную скорость
осаждения, подчиняется общим закономерностям.
Для более крупных частиц эта закономерность
нарушается, так как скорость их осаждения
под действием силы тяжести возрастает.
Поскольку при очистке от пыли крупные
частицы улавливаются, как правило, легче,
чем мелкие, в выбросах остаются очень
мелкие частицы; их рассеивание в атмосфере
рассчитывают так же, как и газовые выбросы.
В зависимости от расположения
и организации выбросов источники загрязнения
воздушного пространства подразделяют
на затененные и незатененные, линейные
и точечные. Точечными источники считают
тогда, когда удаляемые загрязнения сосредоточены
в одном месте. К ним относят выбросные
трубы, шахты, крышные вентиляторы и другие
источники. Выделяющиеся из них вредные
вещества при рассеивании не накладываются
одно на другое на расстоянии двух высот
здания Нзд. Линейные источники имеют значительную
протяженность в направлении, перпендикулярном
ветру. Это аэрационные фонари, открытые
окна, близкорасположенные вытяжные шахты
и крышные вентиляторы.
Незатененные, или высокие, источники
свободно расположены в недеформированном
потоке ветра. К ним относят высокие трубы,
а также точечные источники, удаляющие
загрязнения на высоту, превышающую 2,5 Нзд. Затененные, или низкие,
источники расположены в зоне подпора
или аэродинамической тени, образующейся
на здании или за ним (в результате обдувания
его ветром) на высоте до h≤2,5Нзд.
Основным документом, регламентирующим
расчет рассеивания и определения приземных
концентраций выбросов промышленных предприятий,
является «Методика расчета концентраций
в атмосферном воздухе вредных веществ,
содержащихся в выбросах предприятий
ОНД—86». Эта методика позволяет решать
задачи по определению ПДВ при рассеивании
через одиночную незатененную трубу, при
выбросе через низкую затененную трубу
и при выбросе через фонарь из условия
обеспечения ПДК в приземном слое воздуха.
При определении ПДВ примеси от расчетного
источника необходимо учитывать ее концентрацию
сф в атмосфере, обусловленную
выбросами от других источников. Для случая
рассеивания нагретых выбросов через
одиночную незатененную трубу
где Н — высота трубы; Q — объем расходуемой
газовоздушной смеси, выбрасываемой через
трубу; ΔТ— разность между температурой
выбрасываемой газовоздушной смеси и
температурой окружающего атмосферного
воздуха, равной средней температуре самого
жаркого месяца в 13 ч; А — коэффициент, зависящий от
температурного градиента атмосферы и
определяющий условия вертикального и
горизонтального рассеивания вредностей; kF — коэффициент, учитывающий скорость
оседания взвешенных частиц выброса в
атмосфере; m и п — безразмерные коэффициенты,
учитывающие условия выхода газовоздушной
смеси из устья трубы.