Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторна робота №2
АТМОСФЕРА: ВИДИ ЗАБРУДНЕНЬ І МЕТОДИ ОЧИЩЕННЯ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ
1. Мета роботи.
Вивчення причин і видів забруднення повітряного басейну, післядії забруднення. Ознайомлення з методиками очищення повітря та прогнозування його стану на майбутнє.
2. Ключові положення
Повітряні оболонки нашої планети – атмосфера – захищає живі організми від згубної дії ультрафіолетового випромінювання Сонця і інших жорстких космічних випромінювань. Вона також захищає Землю від метеоритів і космічного пилу.
Атмосфера підтримує тепловий баланс. Атмосферне повітря – це джерело дихання людини, тварин, синтезу хімічних речовин. Вона являється матеріалом для охолодження різних промислових і транспортних установок, а також середовищем, в яке викидаються відходи життєдіяльності людини, тварин і рослин.
Відомо, що без їжі людина прожити біля 5 тижнів, без води –біля 5 діб, а без повітря не проживе і 5 хвилин. Потреба людини в чистому повітрі складає від 5 до 10 л/хвилину, або 12-15 кг/добу.
Людство знаходиться на дні Великого повітряного океану. Найбільше вивчений участок атмосфери простирається від рівня моря до висоти 100 м. В цілому атмосфера ділиться на декілька сфер: тропосфера, літосфера, стратосфера, мезосфера, іоносфера (термосфера), екзосфера. Границі між сферами називають паузами. За хімічним складом атмосфера Землі поділяється на нижню (до 100 км) і верхню – гетеросферу, яка має неоднорідний хімічний склад. Крім газів в атмосфері присутні різні аерозолі – пилоподібні або водяні частинки, які знаходяться в газоподібному середовищі в зваженому стані. Вони можуть бути як природного так і техногенного походження.
Тропосфера – це приземна нижня частина атмосфери, в якій існує більшість живих організмів в тому числі і людина. В цій сфері зосереджено більше 80% маси всієї атмосфери. Її потужність (висота на земній поверхні) визначається інтенсивністю вертикальних потоків повітря, які залежать від температури земної поверхні. В зв’язку з цим на екваторі вона досягає висоти 16–18 км, в середніх широтах – до 10–11 км, а на полюсах – до 8 км. Відмічено закономірне зниження температури повітря від висоти в середньому на 0,6º С на кожні 100 м.
В тропосфері знаходиться більша частина космічного і антропогенного пилу, водяного пару, кисню, інертних газів і азоту. Вона практично прозора для короткохвильової сонячної радіації. Разом з тим водяні пари, озон, вуглекислий газ, які знаходяться в атмосфері, достатньо сильно вбирають теплове (довгохвильове) випромінювання планети, в результаті чого відбувається деяке нагрівання тропосфери.
Це призводить до вертикального переміщення повітряних потоків, конденсації водяних парів, утворенню хмар і опадів.
На рівні моря склад атмосферного повітря такий: 78% азоту, 21% кисню, незначну кількість інертних газів, вуглекислого газу, метану, водню.
Стратосфера – розміщена вище тропосфери до висоти 50 –55 км.
Температура біля її верхньої границі росте в зв’язку з присутністю озонна.
Мезосфера – верхня границя цього шару фіксується на висоті 80 км. Головна її особливість –це різке зниження температури (до –75º–90ºС) біля верхньої границі Тут спостерігаються так звані сріблясті хмари, які складаються із льодяних кристалів.
Іоносфера (термосфера) –досягає висоти 800 км. Для неї характерне суттєве підвищення температури (більше +1000ºС). Під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця гази атмосфери знаходяться в іонізованому стані. З цим пов’язано виникнення полярного сяйва, я свічення газів. Іоносфера має властивості багаторазового відбуття радіохвиль, що забезпечує далекий радіозв’язок на Землі.
Екзосфера – розповсюджується від висоти 800 км до висоти 2000–3000 км.
Температури тут досягають +2000ºС. Важливим є той факт, що швидкість руху газів наближається до критичного значення 11,2 км/с. В складі переважають атоми водню і гелію, які формують навколо нашої планети так звану корону, яка досягає висоти 20 тис. км.
В основному існують три основі джерела забруднення атмосфери: промисловість, побутові котельні, транспорт. Для кожного із цих джерел в загальному забрудненні повітря суттєво відрізняється в залежності від місця.
Важливою проблемою є дотримання екологічних вимог при експлуатації підприємств, споруд та при інших видах діяльності. Ці вимоги можна реалізувати на підставі впровадження та більш ефективного використання природоохоронних заходів, серед котрих чільне місце посідають заходи щодо попередження забруднення атмосфери, оскільки будь-яке порушення чистоти атмосферного повітря обов’язково впливає на стан води та землі. У зв’язку з цим заходи з охорони повітря повинні забезпечувати збереження рослинного і тваринного світу. Таким чином, охорона навколишнього природного середовища від шкідливого біологічного впливу вимагає комплексного підходу до вирішення проблеми попередження забруднення атмосфери та води викидами промислових підприємств.
Під забрудненням атмосферного повітря розуміють збільшення концентрації фізичних, хімічних та біологічних компонентів понад рівень, що виводить природні системи зі стану рівноваги. Серед промислових викидів основними джерелами забруднення атмосферного повітря є низькі технологічні та вентиляційні викиди (світлові та вентиляційні ліхтарі цехів, труби вентиляційних установок тощо) неперервної дії, котрі складають близько 80% від загальної кількості викидів. Надзвичайно важливою особливістю таких викидів, з точки зору забруднення атмосфери є те , що максимальні концентрації шкідливих речовин існують у безпосередній близькості від місця їхнього виникнення, а не на п’ятнадцятикратній від висоти труб віддалі, що притаманно для високих джерел.
Отже, промислові викиди в атмосферу несприятливо впливають перш за все на людину та навколишнє середовище, а найбільш важкі форми прояву спостерігаються на промислових майданчиках та прилеглих до них територіях. Саме тут виникають найбільш високі концентрації шкідливих речовин в атмосферному повітрі, котрі перевищують гранично допустимі концентрації в 2–5, а нерідко і в більше разів, і саме на цих територіях акумулюється їхня основна маса ґрунтом та поверхнею водоймищ. У зв’язку з цим особливо гострою є проблема запобігання забруднення атмосфери міст, де зосереджена більша частина населення та промисловості.
Причиною несприятливої екологічної ситуації є невирішені проблеми, пов’язані з реалізацією природоохоронних заходів, недосконалістю методичних матеріалів з проектування повітроочисних пристроїв, недостатністю вихідних даних для проведення екологічних експертиз продукції, що випускається, та розроблюваних технологічних процесів.
Промислові викиди в атмосферу поширюються на значну відстань, забруднюючи приземний шар повітря не лише на промислових майданчиках, але й на прилеглих населених територіях. Суттєвий вплив на рівень забруднення повітря справляють організовані та неорганізовані технологічні викиди.
Існуюча нормативно-технічно документація допускає граничне забруднення повітряного середовища в місцях повітроприймальних пристроїв систем промислової вентиляції, воно становить 0,3 ГДК, а забруднення повітряного середовища викидами з вентиляційних систем не повинне перевищувати 1 ГДК. Однак на багатьох підприємствах згадані вимоги не виконуються, а забрудненість повітря нерідко перевищує не лише ГДК, але й норми ГДВ в декілька разів.
Систематична або періодична наявність в атмосферному повітрі населених пунктів шкідливих речовин з концентраціями, що перевищують нормативні величини, призводить до захворювань, навіть ракових, до поширення серед частини населення токсикоманії, ускладнює перебіг серцево-судинних захворювань, сприяє виникненню та розвитку захворювань дихальної і нервової систем людини. Дослідження показують, що в місцевостях з порівняно невисоким рівнем забрудненості повітряного середовища частота захворювань органів дихання зростає в 2 та більше разів, а при високому рівні забруднення – в 4-10 разів. Від впливу забруднюючих в першу чергу страждають діти. Шкода, котрої зазнають діти, в декілька разів перевищує шкоду, завдану здоров’ю дорослих. Про це свідчить результати досліджень, проведених фахівцями Каліфорнійського університету. І трагедія, котра сталася в Чернівцях в 1988 році, цей висновок підтверджує Н зростання шкідливих викидів в першу чергу зреагували діти. У дітей, котрі мешкали в центрі міста, повністю або частково стали випадати волосся (алопеція).
Встановлено, що постійне перевищення допустимої концентрації лише одного з видів контрольованих забруднюючих речовин призводить до підвищення захворюваності в 1,7 раза, а в деяких вікових групах –до трьох років.
Забруднення атмосфери справляє також безпосередній вплив на фасади будівель, декоративні прикраси, автомобілі, пам’ятники, одяг тощо. Наприклад, згідно з дослідженнями лабораторії економіки Сумського філіалу ХПІ, у Волинській області, де чисте повітря, фарбування автомобілів здійснюється один раз на два роки, а на Донбасі –два рази на рік. Викиди токсичних речовин (сірчистого та сірчаного ангідридів, сірководню, аміаку, пилу) скорочують термін експлуатації одягу на 5%, зумовлюють необхідність частого прання, зниження прозорості скла в будівлях та спорудах, що викликає підвищену витрату електроенергії. Результати досліджень показують, що в місті з населенням 100 тис. чоловік додаткові видатки на експлуатацію житлових та громадянських будинків складають більше 35%, на побутові потреби – 18%, на озеленення – 14%, на прибирання території в зв’язку з пиловими викидами – 15%, витрати, пов’язані зі зростанням споживання води – на 10%.
Згідно з нормативно-технічною документацією нормування якості навколишнього природного середовища здійснюється з метою встановлення гранично допустимих норм впливу на навколишнє середовище, що гарантує екологічну безпеку населення та збереження генетичного фонду, забезпечує раціональне використання і відтворення природних ресурсів за умов стійкого розвитку господарської діяльності. В Україні розроблені та діють нормативи ГДК, перевищення котрих за певних умов негативно впливає на здоров’я людини.
У табл.1 наведено ГДК деяких найбільш поширених шкідливих речовин. Як видно навіть з цього невеликого переліку, нижня межа токсичності шкідливих речовин, тобто їх ГДК, сильно відрізняється.
У випадку присутності в атмосферному повітрі декількох речовин, які мають здатність до сумарної дії, сума їхньої концентрації не повинна перевищувати одиниці при розрахунку за виразом:
(1)
де ,,...,– фактичні концентрації речовин в атмосферному повітрі;
, ,..., – гранично допустимі концентрації тих самих речовин.
У табл. 2.1 ГДКс.д. – середньодобова гранично допустима концентрація забруднювача в повітрі, котра не справляє на людину опосередкованої шкідливої дії при цілодобовому вдиханні;
ГДКм.р. – максимально разова гранично допустима – концентрація забруднювача в повітрі (населених місць), що не викликає рефлекторних реакцій в організмі людини.
Таблиця 2.1 Гранично допустимі концентрації (мг/м3) деяких шкідливих речовин для повітря населених місцевостей
|
Речовина |
ГДКс.д. |
ГДКм.р |
К |
|
Тверді речовини (пил) |
0,15 |
0,2 |
3,0 |
|
Двоокис сірки |
0,05 |
0,5 |
1,0 |
|
Двоокис азоту |
0,04 |
0,085 |
0,8 |
|
Окис азоту |
0,06 |
0,4 |
1,2 |
|
Окис вуглецю |
3,0 |
5,0 |
60 |
|
Аміак |
0,04 |
0,2 |
0,8 |
|
Хлористий водень |
0,2 |
0,2 |
4,0 |
|
Ціанистий водень |
0,01 |
– |
0,2 |
|
Окис кадмію |
0,001 |
– |
0,02 |
|
Свинець |
0,0003 |
0,03 |
0,006 |
|
Сірководень |
0,005 |
0,03 |
0,1 |
|
Бенз(а)пірне |
0,000001 |
– |
0,00002 |
|
Фенол |
0,003 |
0,01 |
0,06 |
|
Формальдегід |
0,003 |
0,035 |
0,06 |
|
Фтористий водень |
0,005 |
0,2 |
0,1 |
Примітка:. На тих територіях, які підлягають посиленій охороні, встановлюються більш жорсткі вимоги –ГДК повинні бути зменшені на 20%.
Ефект сумації мають: ацетон, акролеїн, фталевий ангідрид; ацетон та фенол; ацетон та ацетофенол; ацетон та фурфурол, формальдегід, фенол; ацетальдегід та вінілацетат; аерозолі п’ятиокису ванадію та окисів марганцю; аерозолі п’ятиокису ванадію та сірчистий ангідрид; аерозолі п’ятиокису ванадію та триокису хрому; бензол та ацетофенон; вольфрамовий та сірчистий ангідриди; гексахлоран та фозо лон; 1,2-дихлорпропан, 1,2,3-трихлорпропан та тетрахлоретилен; ізобутенилкарбінол, диметилвінілкаринол; озон, двоокис азоту та формальдегід; окис вуглецю, двоокис азоту та формальдегід; окис вуглецю, двоокис азоту, формальдегід, гексан; сірчистий ангідрид та аерозоль сірчаної кислоти; сірчаний ангідрид та аерозоль сірчаної кислоти; сірчаний ангідрид та нікель металевий; сірчистий ангідрид та сірководень; сірчистий ангідрид та двоокис азоту; сірчистий ангідрид, окис вуглецю, пил конверторного виробництва;
сірчистий ангідрид, окис вуглецю, двоокис азоту та фенол; сірчистий ангідрид та фенол; сірчистий ангідрид та фтористий водень; сірчаний та сірчистий ангідриди, аміак та окиси азоту; сильні мінеральні кислоти (сірчана, соляна та азотна); фенол та ацетофенон; фурфурол, метиловий та етиловий спирти;циклогексан та бензол; етилен, пропілен, бутилен, амілен.
Ефект потенціювання притаманний таким речовинам:
бутилакрилат та метилметакрилат з коефіцієнтом 0,8; фтористий водень та фторсолі з коефіцієнтом 0,8.
Потенціювання – взаємне посилення впливу двох або більше кількості агентів навколишнього середовища, при котрому сумарний ефект їхнього взаємного впливу перевищує суму ефектів, що виникають при ізольованій дії кожного з цих агентів зокрема.
Речовини, для котрих не визначені ГДК населених місць, оцінюються за орієнтовними безпечними рівнями впливу ОБРВ.
Для того, щоб визначити стан забруднення повітря декількома речовинами, що діють одночасно, часто використовують комплексний показник – індекс забруднення атмосфери (ІЗА). Для його розрахунку, нормовані на відповідні значення ГДК, середні концентрації домішок за допомогою розрахунків приводять до концентрації двоокису сірки (коефіцієнт К в табл.3.8), а отримані значення додають. Отриманий таким чином показник ІЗА вказує, у скільки разів сумарний рівень забрудненості атмосфери кількома речовинами перевищує ГДК двоокису сірки.
Для кожного населеного пункту визначено конкретний перелік п’яти пріоритетних домішок, за котрими розраховується індекс забруднення атмосфери ІЗА5.
Викиди характеризуються кількістю забруднюючих речовин, їхнім хімічним станом, концентрацією, агрегатним станом.
Промислові викиди поділяються на організовані та неорганізовані. Організовані промислові викиди – це викиди, що надходять в атмосферу через спеціально споруджені газоходи, повітропроводи та труби.
Неорганізовані викиди надходять в атмосферу у вигляді ненапрямлених потоків внаслідок порушення герметизації, невиконання вимог охорони атмосфери при навантаженні та розвантаженні, порушення технології виробництва або несправності обладнання.
За агрегатним станом викиди поділяються на 4 класи:
І.– газоподібні та пароподібні;
ІІ.– рідкі;
ІІІ.– тверді;
IV.– змішані.
За величиною маси викиди об’єднані в 6 груп, т/доб: 1 група –маса менше 0, 01 включно; 2 група – від 0,01 до 0,1; 3 група – від 0,1 до 1; 4 група – від 1 до 10; 5 група –від 10 до 100; 6 група – понад 100.
Викиди підлягають періодичній інвентаризації, під котрою слід розуміти систематизацію відомостей про розподіл джерел викидів на території об’єкта, їхню кількість та склад.
Метою інвентаризації (рис.2.1) є визначення викидів шкідливих речовин, що надходять в атмосферу від об’єктів; оцінка впливу викидів на навколишнє середовище, встановлення ГДВ або ТВП; вироблення рекомендацій з організації контролю викидів; оцінка стану очисного обладнання та екологічності технологій і виробничого обладнання; планування черговості природоохоронних заходів.
Рисунок. 2.1 Схема алгоритму інвентаризації викидів в атмосферу
Інвентаризація здійснюється один раз на 5 років згідно з Інструкцією з інвентаризації викидів забруднюючих речовин в атмосферу. Джерела забруднення атмосфери визначається на основі схем виробничого процесу підприємства. Для діючих підприємств контрольні точки встановлюються по периметру санітарно-епідеміологічної станції.
Основними параметрами, котрі характеризують викиди забруднюючих речовин в атмосферу, є вид виробництва, джерело виділення шкідливих речовин, джерело викиду, число джерел викидів, координати розташування викиду, висота джерела викиду, діаметр уста труби, параметри газоповітряної суміші на виході з джерела викиду (швидкість, об'єм, температура), характеристика газоочисних пристроїв, види та кількість шкідливих речовин тощо.
Шкідливі речовини, що потрапляють в атмосферу від промислових та транспортних підприємств, енергетичних установок, транспортних засобів, розчиняються в повітрі та переносяться рухомими потоками повітря на великі віддалі. Розсіювання забруднень призводить до зниження концентрації шкідливих речовин в зонах їхнього викиду та до одночасного збільшення площ із забрудненим повітрям.
На характер поширення шкідливих речовин в атмосфері та на величину зон забруднення впливають метеорологічні умови (горизонтальний та вертикальний рух мас повітря, їх швидкість, температура, вологість, дощ, сніг, наявність хмар).
Крім метеорологічних факторів, на розсіювання забруднень впливає рельєф місцевості, наявність лісів, водоймищ, гір тощо. На забрудненість міст та населених пунктів впливає їхнє планування та озеленення.
Розрахунок забруднення атмосфери викидами промислових підприємств виконується згідно з Методикою розрахунку концентрацій в атмосферному повітрі шкідливих речовин, що містяться у викидах підприємств (ОНД-86) або за Збірником методик розрахунку концентраційних викидів в атмосферу забруднюючих речовин різними виробництвами.
Визначення категорії небезпечності підприємств залежно від характеру забруднюючих речовин, які викидають в атмосферу.
Для визначення категорії небезпечності підприємств використовують дані про викиди забруднюючих речовин в атмосферу за формою статистичної звітності 2-повітря. При цьому в цій формі необхідно розшифрувати графи “вуглеводні” та “інші” і не потрібно наводити інформацію про сумарні викиди шкідливих речовин в атмосферу від групи підприємств.
Категорію небезпечності підприємств (КНП) розраховують за виразом:
, (2)
де Mi – маса викиду і-ї речовини, т/рік;
ГДКс.д. – середньодобова гранично допустима концентрація і-ї речовини, мг/м3;
n – кількість шкідливих речовин, які викидаються підприємством і забруднюють атмосферу;
аі – безрозмірна константа, яка дозволяє порівняти ступінь шкідливості і-ї речовини зі шкідливістю сірчистого газу (визначається за табл.2)
Таблиця 2. Безрозмірна константа у відповідності з класом небезпечності речовин
|
Константа |
Клас небезпечності речовин |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
аі |
1,7 |
1,3 |
1,0 |
0,9 |
Для розрахунку КНП за відсутності середньодобових значень ГДК використовують значення максимально разових ГДК, ОБРВ або зменшені в десять разів значення ГДК робочої зони забруднюючих речовин.
Значення КНП щодо речовин, для котрих відсутня інформація про ГДК або ОБРВ, прирівнюють до маси викидів даних речовин. За величиною КНП підприємства поділяються на 4 категорії небезпечності. Граничні умови для виділення підприємства за категоріями небезпечності наведено в табл. 3.
Таблиця 3. Категорії небезпечності підприємств і граничні значення КНП
|
Категорії небезпечності |
Значення КНП |
СЗЗ, м |
|
І |
≥108 |
1000 |
|
ІІ |
108>КНП≥104 |
500 |
|
ІІІ |
104>КНП≥103 |
300 |
|
IV |
<103 |
100 |
У залежності від тієї чи іншої категорії небезпечності підприємства здійснюється облік викидів забруднюючих речовин в атмосферу і запроваджується періодичність контролю за викидами підприємств, а також призначається санітарно-захисна зона від джерел забруднень до житлових районів (СЗЗ).
Як приклад, розглянемо викиди, що забруднюють атмосферне повітря електродного заводу та визначимо категорію цього підприємства (табл. 4)
Розрахуємо КНП цього підприємства:
Таблиця 4. Викиди за інгредієнтами і класом небезпечності речовин, які виділяються.
|
Назва речовин, які виділяються |
ГДКс.д., мг/м3 |
Клас небезпечності |
Викид, т/рік |
|
Зважені речовини (пил) |
0,15 |
3 |
4663,293 |
|
Окис вуглецю |
3,0 |
4 |
8992,420 |
|
Сірчистий ангідрид |
0,05 |
3 |
727,285 |
|
Двоокис азоту |
0,04 |
2 |
150,000 |
|
Бенз(а)пірен |
0,000001 |
1 |
0,665 |
|
Смолисті |
0,02 ,(0,2 = ГДК роб.зони) |
2 |
911,579 |
Отримане значення КНП перевищує 108, що є свідченням того, що цей завод є джерелом забруднення довкілля і відноситься до 1 категорії за забрудненням атмосфери. Оцінити ступінь забруднення атмосфери речовинами, що виділяються, можна на підставі чисельного результату, отриманого від піднесення до степені відповідного члена, що входить у рівняння. Розташуємо речовини, що виділяються підприємством, з-а ступенем забруднення атмосфери (СЗА) (табл.5).
Таблиця 5. Розподіл шкідливих речовин за ступенем забруднення атмосфери
|
Бенз(а)пірен |
7900000000 |
|
Смолисті |
1138660 |
|
Двоокис азоту |
44283 |
|
Пил |
31089 |
|
Сірчистий ангідрид |
14546 |
|
Окис вуглецю |
1346 |
Розрахунок викидів шкідливих речовин автомобільним транспортом
Переважна більшість підприємств має парк автомобілів різних типів, у зв'язку з чим виникає необхідність розрахунку річного викиду шкідливих речовин автомобільним транспортом та включення цих даних у планові форми з метою здійснення державного обліку цих викидів та розробки заходів щодо їхнього зниження на всіх рівнях планування, контролю та обліку.
В основу методики розрахунку викидів шкідливих речовин автомобільним транспортом покладено середній питомий викид автомобілів окремих груп (вантажні, автобуси, легкові). При цьому викид шкідливих речовин коректується в залежності від технічного стану автомобілів, їхнього середнього віку, а також від впливу природних кліматичних умов.
Для автомобілів парку підприємства маса викидів за розрахунковий період і часу j- речовини () при наявності в групі автомобілів з різними типами двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) – бензиновими, дизельними, газовими тощо – визначається за формулою
, (3)
де і – кількість груп автомобілів;
mjik – питома вага викиду j-ї шкідливої речовини автомобілем, і – групи з двигуном k-го типу розрахунковий період (включаючи пробіговий викид з врахування картерних викидів і випаровувань пального), г/кг;
Lik – пробіг автомобілів і-ї групи з двигуном k-го типу на розрахунковий період, млн км;
- добуток коефіцієнтів впливу n факторів на викид j-ї шкідливої речовини автомобілями і-ї групи з двигуном k-го типу.
Коефіцієнт впливу визначається за табл. 6
Таблиця 6. Коефіцієнт впливу для різних груп автомобілів
|
Групи автомобілів |
Коефіцієнт впливу викидів |
|||||
Окису вуглецю |
вуглеводнів |
Окисів азоту |
||||
|
СВП |
РТС |
СВП |
РТС |
СВП |
РТС |
|
|
Вантажні й вантажні спеціальні з бензиновими ДВЗ |
1,33 |
1,69 |
1,20 |
1,86 |
1,0 |
0,8 |
|
Вантажні і вантажні спеціальні з дизельними ДВЗ |
1,33 |
1,80 |
1,20 |
2,0 |
1,0 |
1,0 |
|
Автобуси з бензиновими ДВЗ |
1,32 |
1,69 |
1,20 |
1,86 |
1,0 |
0,8 |
|
Автобуси з дизельними ДВЗ |
1,27 |
1,80 |
1,17 |
2,0 |
1,0 |
1,0 |
|
Легкові службові й спеціальні |
1,28 |
1,63 |
1,17 |
1,83 |
1,0 |
0,85 |
|
Легкові індивідуального користування |
1,28 |
1,62 |
1,17 |
1,78 |
1,0 |
0,9 |
Примітка СВП – середній вік парку, РТС – рівень технічного стану
Наведений в табл. 7 склад шкідливих речовин не відбиває повною мірою кількісного складу шкідливих домішок у відпрацьованих газах автомобілів з ДВЗ дизельного типу (табл. 7).
Таблиця 7. Кількісний склад шкідливих домішок, мг/м3 у відпрацьованих газах
Компоненти |
Двотактні дизелі |
Чотиритактні дизелі |
||
Холостий хід |
100 % навантаження |
Холостий хід |
100 % навантаження |
|
|
Двоокис вуглецю |
1,70 |
2,20 |
1,20 |
2,10 |
|
Монооксид вуглецю |
1100,00 |
1100,00 |
700,00 |
1300,00 |
|
Акролеїн |
24,00 |
31,20 |
2,90 |
0,86 |
|
Оксиди азоту |
650,00 |
900,00 |
90,00 |
87,00 |
|
Двоокис сірки |
1600,00 |
1700,00 |
1800,00 |
1800,00 |
|
Сажа |
0,18 |
0,09 |
0,12 |
0,07 |
|
Пари палива |
3,00 |
25,00 |
3,00 |
25,00 |
Примітка: для діоксиду вуглецю якісний склад наведено у відсотках.
Частку шкідливих домішок, що проникають у повітряне середовище через нещільність двигуна та його газоповітряний тракт, встановлюють за допомогою замірів у реальних умовах або розрахунковим методом.
Однак не для всіх типів двигунів існують аналітичні залежності для визначення концентрацій шкідливих речовин, тому реальні концентрації шкідливих речовин, тому реальні концентрації шкідливих домішок визначаються замірами в реальних умовах або розрахунковим методом. Зокрема, кількість шкідливих домішок, які виділяються при роботі швидкохідних негазощільних дизелів потужністю до 735,5 кВт, визначається за залежністю
(4)
де Р – кількість газу, мг/год;
Nе – ефективна потужність дизеля за мінімальної кількості обертів, мг/год;
Кц, Кк – вміст окремих складових (газів) у відпрацьованих газах циліндра і картера, мг/л (табл.8).
Таблиця 8. Вміст окремих складових, мг/л у відпрацьованих газах і в картері
|
Шкідливих домішок |
Відпрацьований газ |
Картер |
|
Монооксид вуглецю |
0,80 |
1,3 |
|
Акролеїн |
0,90 |
0,04 |
|
Вуглеводні |
0,71 |
0,03* |
|
Оксиди азоту |
0,61 |
- |
*Приведена сумарна концентрація.
Розрахунок аерозольного виносу електроліту з акумуляторів
Свинцево-кислотні акумулятори належать до найбільш поширених хімічних джерел струму, широко застосовуються в різних галузях техніки, в тому числі в електрокарах, котрі є одним з основних міжцехових транспортних засобів.
При експлуатації кислотних акумуляторних батарей виділяються водень, кисень, двоокис сірки, сурм’янистий та миш'яковистий водень, вуглекислий газ, а також аерозоль сірчаної кислоти (акумуляторні гази) у вигляді туману. Водень та кисень виділяються внаслідок електролізу води.
Сурм’янистий водень (стибін) отримується при взаємодії атомарного водню з сурмою, котру додають для надання міцн6ості пластинам. Частина сурм'янистого водню розчиняється в електроліті, в активній масі та в сепараторах, а більша частина разом з воднем находить у повітря. Виділення сурм'янистого водню помітно збільшується зі збільшенням газовиділень з акумулятора.
Миш'яковистий водень (арсин) утворюється в невеликих кількостях внаслідок протікання реакцій між миш'яком та сірчаною кислотою. Миш'як у вигляді незначних домішок міститься у свинці та в сірчаній кислоті. Арсин - з'єднання нестійке, що легко розкладається на миш'як та водень. Вуглекислий газ виділяється з акумуляторів в незначній кількості при використанні в них сепараторів з дерева.
Кількість водню (д/г), що виділяється при заряджанні кислотних акумуляторів, розраховується за виразом:
, (5)
де ,, –величина струму (вказується в паспорті акумулятора), А;
n –кількість акумуляторів в батареї, яка заряджається.
Знаючи можна встановити, скільки потрапило у повітря сірчаної кислоти з врахуванням того, що з 1л водню виділяється 0,3 мг/л H2SO4 – для герметичних акумуляторів з дихальним отвором; 0,9 мг/л – для відкритих акумуляторів із захисним склом; 3,0 мг/л – для відкритих акумуляторів без захисного скла.
У випадку заряджання лужних акумуляторів
, (6)
де – коефіцієнт, що враховує величину зарядного струму, дорівнює 0,85 при заряджанні акумулятора постійним струмом та 0,25 – при заряджанні струмом, що спадає за величиною.
Кількість лугу, що виділяється, визначається за залежністю:
, , (7)
де , – кількість газів та водню (відповідно), що виділяється з акумулятора, л/год.
Особливість лужних акумуляторів є активна взаємодія водного розчину з вуглекислим газом, повітря з утворенням карбонатів. Наявність їх викликає підвищення внутрішнього опору акумуляторів. Зростання карбонатів у 2,5–3 рази порівняно з нормою знижує ємність акумуляторів на 35-40%.
Очищення викидів в атмосферу
Методи та засоби очищення викидів в атмосферу
Однією з особливостей атмосфери є її здатність до самоочищення. Самоочищення атмосферного повітря відбувається внаслідок сухого та мокрого випадання домішок, абсорбції їх земною поверхнею, поглинання рослинами, переробки бактеріями, мікроорганізмами та іншими шляхами. Садіння дерев та кущів сприяє очищенню повітря від пилу, оксидів вуглецю, діоксидів сірки та інших речовин. Найкращі поглинальні властивості стосовно діоксиду сірки має тополя, липа ясен. Одне доросле дерево липи може акумулювати протягом доби десятки кілограмів діоксиду сірки, перетворюючи його в нешкідливу речовину. Велика роль в очищенні атмосферного повітря належить ґрунтовим бактеріям та мікроорганізмам. При температурі 15-35 ºС мікроорганізми переробляють на 1м2 до 81 т на добу оксидів та діоксидів вуглецю. Однак можливості природи щодо самоочищення мають обмеження, що слід враховувати при розробці нормативів ГДВ.
Одним з основних показників очищення викидів є ступінь їхнього очищення від шкідливих речовин Коч:
, (8)
де – маса шкідливих речовин, які вловлюються в очисному пристрої;
– загальна маса шкідливих речовин у викидах.
Ступінь очищення повинен визначатися за кожною забруднюючою речовиною. Ступінь очищення поділяється на проектний та фактичний, а за рівнем – на максимальний та експлуатаційний.
Для оцінки забезпеченості підприємств очищенням в часі використовується коефіцієнт технологічних процесів газоочищенням:
, (9)
де – час роботи технологічного обладнання;
– час роботи газоочисних установок.
За несприятливих метеорологічних умов, коли викиди із забрудненням можуть бути шкідливими для здоров’я населення, підприємства повинні знизити викиди шкідливих речовин за рахунок технічних засобів або повної (часткової) зупинки джерел забруднення.
Сучасні вимоги до якості та ступеня очищення викидів досить високі. Для їхнього дотримання необхідно використовувати технологічні процеси та обладнання, котрі знижують або повністю виключають викид шкідливих речовин в атмосферу, а також забезпечують нейтралізацію утворених шкідливих речовин; експлуатувати виробниче та енергетичне обладнання, котре виділяє мінімальну кількість шкідливих речовин; закрити невеликі котельні та підключити споживачів до ТЕЦ; застосовувати антитоксичні присадки, перевести теплоенергетичні установки з твердого палива на газ.
Способи очищення викидів в атмосферу від шкідливих речовин можна об’єднати в такі групи:
Для очищення викидів від шкідливих речовин використовуються механічні, фізичні, хімічні, фізико-хімічні та комбіновані методи.
Механічні методи базуються на використанні сил ваги (гравітації), сил інерції, відцентрових сил, принципів сепарації, дифузії, захоплювання тощо.
Фізичні методи базуються на використанні електричних та електростатичних полів, охолодження, конденсації, кристалізації, поглинання.
У хімічних методах використовуються реакції окислення, нейтралізації, відновлення, каталізації, термоокислення.
Фізико-хімічні методи базуються на принципах сорбції (абсорбції, адсорбції, хемосорбції), коагуляції та флотації.
Гравітаційні пилоочисні камери працюють за принципом зниження швидкості руху газів до рівня, коли пил та частинки рідини осідають під впливом сил ваги. Ефективність роботи пилоочисних камер
(10)
де – діаметр частинок, які осаджуються;
– кінематична в’язкість газу;
– висота камери;
– швидкість течії газу;
– гравітаційне прискорення;
– довжина камери;
– густина частинок;
– густина газу.
Гравітаційні пилоосаджувальні камери –це порожнинна або з полицями коробка з листової сталі з бункером для збирання пилу. Довжина коробки
, (11)
де – висота камери;
– швидкість руху газів;
– швидкість, за якої пил випадає в бункер.
При зниженні висоти камери процес очищення поліпшується, тому порожнину камери розподіляють полицями, котрі проектуються під кутом або з можливістю регулювання. Гравітаційні пилоосаджувальні камери придатні для осадження частинок пилу діаметром понад 50 мкм. Гідравлічний опір гравітаційних камер лежить в межах 50-150 Па. Швидкість газу – 0,2 –1,5 м/с. Камери забезпечують ступінь очищення не більше 50%, тому їх використовують як попередній ступінь пиловловлювання.
Інерційні сепаратори працюють на принципі різкої зміни напрямку потоку газів. У місцях зміни напрямку відбувається осідання твердих частинок забруднюючих речовин. Сепаратори дозволяють осаджувати частинки діаметром 25–30 мкм. Інерційні газоочисники мають продуктивність від 45 до 582 м3/год. До цього типу можна віднести і жалюзійні пиловловлювачі, котрі мають гідравлічний опір 100–400 Па, допускають температуру газу, що очищається, до 450º С, швидкість на підході до решітки – 15–25 м/с.
Циклонні сепаратори працюють за принципом використання відцентрового ефекту. Відокремлення твердих частино в них відбувається під дією відцентрових сил:
, (12)
де –постійний безрозмірний коефіцієнт;
–густина частинок;
d– діаметр частинок;
– тангентальна складова швидкості руху частинок;
– радіус частинок;
– радіус установки;
n– постійна, яка залежить від радіуса установки і робочої температури;
–висота циклона.
Практично використовуються такі типи циклонних сепараторів:
Апарати мокрого очищення газів від пилу працюють за принципом промивання газів. Ці види очисних пристроїв застосовуються на дільницях фарбування виробів, нанесення полімерних покриттів, в замкнених системах повітрокористування. Такі пристрої дозволяють очищати гази від дрібних механічних забруднень. Існує велика кількість апаратів мокрого очищення газів. Застосовуються і прості водяні завіси, через котрі пропускаються забруднені потоки повітря.
За принципом роботи апарати мокрого очищення газів поділяються на порожнинні і насадкові; барботажні та пінні; ударно-інерційні; відцентрові; динамічні та турбулентні промивачі.
Порожнинні та насадкові апарати-скрубери працюють за принципом пропускання газів через потік розпиленої розбризканої або стікаючої по насадках води. Швидкість потоку газів не перевищує 1–1,2 м/с, гідравлічний опір апаратів не перевищує 250 Па. Витрата води складає до 10 м3 на 1м апарата. Найбільш повно скрубери видаляють частки розміром більше 10 мкм. Недоліком скруберів є часте забивання отворів розпилювачів.
При роботі барботажних та пінних апаратів забруднені гази проходять через шар рідини або піни. Апарати мають великий гідравлічний опір (до 2000 Па). Вони дозволяють вловлювати частки розміром до 2 мкм. Продуктивність апаратів конструкції ЛТІ – від 2 до 45 тис. м3/год., швидкість проходження газів –до 2 м/с, ступінь очищення –до 99 %.
Апарати ударно-інерційного типу працюють за принципом інерційного осаджування механічних забруднень під час зміни напрямку газового потоку над поверхнею рідини. Найбільшого застосування набули статичні пиловловлювачі типу ПВМ, ротоклони та скрубери ударної дії. Продуктивність ударно-інерційних апаратів –2500-90000 м3/год. Швидкість потоку газу – до 56 м/с, ступінь очищення – до 98 %. Витрата води – 0,8–4 м3/год. На 1000 м3 газу.
Відцентрові апарати мокрого очищення газів працюють за принципом завихрення газів спеціальними лопатками або за рахунок тангентального підведення газу з одночасним зрошення з форсунок. Їх використовують для очищення димових газів з великим вмістом сірчаних газів, забезпечуючи ступінь очищення до 90 %. Використовуються також динамічні та турбулентні промивачі.
При роботі електростатичних установок очищувані гази пропускають через електростатичне поле високої напруги (до 50 кВ), створюване спеціальними електродами. При проходженні через електричне поле частинки набувають негативного заряду і притягуються до електродів, котрі з’єднані із землею, тому мають позитивний заряд відносно частинок. Для очищення електродів передбачена спеціальна механічна система. Електростатичний метод очищення газів дозволяє вловлювати частинки розміром до 0,1 мкм. Початкові видатки на створення електростатичних фільтрів вищі, ніж для апаратів інших типів, однак експлуатаційні видатки нижчі. Споживання енергії цими пристроями складає 0,3-0,6 кВт на 10000 м3 газу.
У пористих фільтрах забруднені гази пропускають через тканину, сукно, повсть, синтетичні матеріали (нітрон, лавсан, хлорин), металеві сітки, гравій тощо. Ці фільтри забезпечують високу якість очищення. Основний їх недолік –зниження тиску газу після фільтрації, висока вартість експлуатації, часта заміна фільтрувальних елементів.
Найбільш поширеними апаратами для очищення газів від механічних частинок є рукавні фільтри, основним елементом котрих є рукавоподібний мішок, натягнений на трубчасту раму. При проходженні газів через мішок пилові частинки залишаються на тканині. Видалення пилу з мішків здійснюється механічним витрушуванням, продуванням його в зворотному напрямку, очищенням струменями повітря, використанням низькочастотних акустичних генераторів для відокремлення твердих частинок від мішка.
Використовуються також зернисті фільтри, в тому числі з металокераміки, а також тканинні рулонні фільтри, котрі забезпечують високу якість очищення. Однак їхнім недоліком є невисока пилоємність та швидке засмічування.
У технологічних вентиляційних та енергетичних викидах на підприємствах найбільш часто зустрічаються діоксид сірки, оксиди азоту, оксиди та діоксиди вуглецю, мінеральні речовини від виробництва будівельних матеріалів, сполуки металів, феноли, синтетичні матеріали, лакофарбові матеріали тощо.
Методи очищення викидів від газоподібних речовин за характером фізико-хімічних процесів з очищуваними середовищами поділяються таким чином:
Метод абсорбції базується на розділенні газоповітряної суміші на складові частини шляхом поглинання шкідливих компонентів абсорбентом.
В якості абсорбентів вибирають рідини, здатні поглинати шкідливі домішки. Для видалення з викидів аміаку, хлористого та фтористого водню використовується вода. Один кілограм води здатен розчинити сотні грамів хлористого водню та аміаку. Сірчисті гази у воді розчиняються погано, тому витрата води у цьому випадку дуже велика. Для видалення з викидів ароматичних вуглеводів, водяної пари та інших речовин застосовується сірчана кислота. Для здійснення процесу очищення газових викидів методом абсорбції застосовуються плівкові, форсункові, трубчасті апарати –абсорбери. Об’ємна витрата рідини
, (13)
де –маса домішок, що підлягають видаленню;
,–початкова і кінцева концентрації шкідливої домішки в рідині.
Площа контакту газу з рідиною
, (14)
де – коефіцієнт абсорбції (масопередачі);
– середня рушійна сила абсорбції.
Значення є вищим при зустрічному русі газу та рідини, ніж при русі в одному напрямку. Процес абсорбції повинен обов’язково передбачати застосування десорбції – регенерації рідини з метою вилучення розчинених домішок.
Метод хемосорбції базується на поглинанні газів та пари рідкими і твердими поглиначами з утворенням хімічних сполук. Цей метод використовується при очищенні викидів через вентиляції гальванічних дільниць. При цьому розчинником для очищення викидів від хлористого водню є 3 %-й розчин їдкого натру. Цей метод використовується також для очищення викидів від окисів азоту.
Метод адсорбції базується на селективному вилученні з газових сумішей шкідливих домішок за допомогою твердих адсорбентів. Найбільш широко як адсорбент застосовується активоване вугілля, іонообмінні смоли тощо.
Необхідна маса адсорбенту
, (15)
де –об’ємна витрата газу, що очищається;
– концентрація домішки, яка видаляється;
–час протікання адсорбції;
– поглинальна здатність адсорбенту.
Геометричні параметри адсорбенту вибираються та враховуються за номограмами або за аналітичними залежностями.
Каталітичний метод базується на перетворенні токсичних компонентів викидів у менш токсичні або нешкідливі за рахунок використання каталізаторів. Швидкість каталітичних реакцій можна визначити згідно з рівнянням
, (16)
де –константа каталітичної реакції;
– концентрація речовин, які вступають в реакцію;
а, б, в, n – порядок реакції за відповідним компонентом.
В якості каталізатора використовують платину, метали платинового ряду, окиси міді, двоокис марганцю, п’ятиокис ванадію тощо.
Каталітичний метод використовується для очищення викидів від окису вуглецю за рахунок його окислення до двоокису вуглецю.
Термічний метод базується на допалюванні та термічній нейтралізації шкідливих речовин у викидах.
Цей метод використовується тоді, коли шкідливі домішки у викидах піддаються спаленню. Термічний метод ефективний у випадку очищення викидів від лакофарбових та просочувальних дільниць. Системи термічного та вогневого знешкодження забезпечують ефективність очищення до 99 %.
Загалом послідовність вибору типу очисних пристроїв та фільтрів така:
При виборі засобів очищення викидів в атмосферу слід керуватися такими рекомендаціями:
Зниження забруднення атмосфери вихлопними газами від двигунів внутрішнього згорання
У викидах двигунів внутрішнього згорання (ДВЗ) міститься понад 100 шкідливих сполук, котрі умовно можна поділити на шість груп:
– діоксид вуглецю, водяна пара, водень, кисень;
При використанні в ДВЗ етилованих бензинів з вихлопними газами в атмосферу викидаються сполуки свинцю.
При згоранні 1 тонни бензину в атмосферу викидається, кг: оксидів вуглецю – 39,5; вуглеводнів – 34; окисів азоту – 20; діоксиду сірки – 1,55; альдегідів – 0,93. При згоранні 1 тонни дизельного пального в атмосферу викидається, кг: оксиду вуглецю – 21; вуглеводнів – 20; окисів азоту –34; альдегідів – 6,8; сажі – 2.
Масовий склад викидів значною мірою залежить від режимів експлуатації та справності систем ДВЗ і своєчасності проведення регулювань.
На збільшення витрати пального та шкідливих речовин у вихлопних газах карбюраторних двигунів найістотніше впливають зношеність жиклерів карбюратора, порушення регулювання системи холостого ходу та регулювання рівня пального в карбюраторі, зношеність деталей прискорювального насоса, підвищення гідравлічного опору повітряного фільтра, неправильна установка запалювання, неправильна величина зазору в контактах переривача та їхнього забруднення, нагар на свічках запалювання, знижена температура охолоджувальної рідини, зношеність деталей кривошипно-шутунного механізму, порушення регулювання між клапанами та штовхачами тощо.
Згадані несправності збільшують витрату пального на 10%, а кількість шкідливих речовин у викидах – на 15–50%.
У дизельних ДВЗ на збільшення витрати пального та складу вихлопних газів впливають наступні несправності: зменшення тиску вприскування, покриття голки форсунки смолистими відкладеними, закоксовування сопел розпилювачів, зношеність плунжерних пар паливного насоса, засмічування повітроочищувача, зміна кута вприскування, зниження температури охолоджувальної рідини, зношеність деталей паливного насоса, газорозподілу та шатунно-кривошипного механізму.
Залежно від виду несправності витрата пального в дизельних двигунах може збільшуватися до 20%, а кількість викидів шкідливих речовин – на 20–100%.
Зниження викидів шкідливих речовин ДВЗ можна досягти застосуванням таких методів: рідинної та полум’яної нейтралізації, ежекційного допалювання, використанням каталізаторів, подачею повітря у випускний колектор, застосуванням антидимових фільтрів тощо.
Зниження вмісту шкідливих речовин у викидах ДВЗ можна забезпечити і за рахунок застосування присадок до пального – метанолу, водню, скрапленого газу та емульсій.
3. Ключові запитання
4. Домашнє завдання
5. Лабораторне завдання.
Виявлення джерел забруднення атмосфери і нанесення їх на ситуаційний план
Визначення виду шкідливих речовин в джерелах викидів і їх координування
Визначення коефіцієнтів завантаження обладнання і наявності пристроїв очищення викидів
Встановлення контрольних точок і розмірів санітарно-захисних зон
Отримання даних про метеорологічні умови і фонові забруднення
Заміри параметрів джерел викидів: висоти і діаметра труб, температури, швидкості, вологості газів, концентрації шкідливих речовин у шкідливих викидах
Розрахунок параметрів викидів і їх розсіювання в просторі і часі
Розробка тому ГДВ і заходів, спрямованих на зменшення викидів
Узгодження тому ГДВ із санітарним наглядом, затвердження тому ГДВ
Отримання дозволу на викид шкідливих речовин в атмосферу