3 курс / Гигиена / Гигиена воздуха

Таблица 4 Сравнительная оценка качественного состава выбросов промышленных

предприятий

Промышленность	Неспецифические	Специфические вещества
	вещества
Цветная металлургия	взвешенные вещества,	твердые фториды, фтористый
	диоксид серы, оксид	водород, бензол, ксилол, толуол,
	углерода, диоксид азота,	пыль графитовая, нафталин,
	оксид азота, сажа, пыль	антрацен, фенантрен, уайт-
	неорганическая: 70–20%	спирит
	SiO2
Черная металлургия	диоксид углерода ,	хром, соединения марганца,
	твердые вещества,	свинца, фосфора, мышьяка,
	диоксид серы,	ванадия, ртути; формальдегид,
	оксид азота	бензол, фенол,
		аммиак, бенз(а)пирен
Нефтедобывающая	оксид углерода,	различные углеводороды,
промышленность	диоксид серы,	сероводород,
	оксиды азота
Машиностроение	диоксид углерода,	пары масел, щелочей, кислот,
	оксид углерода,	газовыделения от сварки
	диоксид серы,
	оксиды азота, пыль
Химическая	оксид серы, оксид азота	Состав зависит от производства:
промышленность		фтористые соединения, аммиак,
		пыль суперфосфата и апатита,
		фосфорный ангидрит, аэрозоли
		аммиачной селитры и пр.
Нефтеперерабатывающая	оксид углерода, диоксид	углеводороды, сероводород
промышленность	углерода, оксид азота,
	пыль, диоксид серы
Целлюлозно-бумажная	пыль, диоксид серы,	сульфид натрия,
промышленность	оксид углерода,	серосодержащие соединения
		(сероводород, метилмеркаптан,
		диметилсульфид,
		диметилдисульфид), метанол,
		скипидар,
		хлор, диоксид хлора
		щелочные аэрозоли,
		сернистый ангидрид
Угледобывающая	диоксид углерода,	метан
промышленность	пыль
Производство строительных	пыль	цементная пыль, асбест, кварц
материалов
Деревообрабатывающая	древесная пыль	формальдегид, фенол.
промышленность,		аммиак
производство мебели

21

Основными источниками выбросов в атмосферу в черной металлургии являются: в агломерационном производстве – агломерационные машины, машины для обжига окатышей; дробильно-размольное оборудование, места разгрузки, погрузки и пересыпки материалов, при производстве чугуна и стали

– доменные, мартеновские и сталеплавильные печи, установки непрерывной разливки стали, травильные отделения, ваграночные печи чугунолитейных цехов.

Особенно существенна доля отрасли по выбросам шестивалентного хрома (2/3 промышленного объѐма его выброса). В атмосферу также поступают: диоксид углерода (67,5% суммарного выброса в атмосферу), твердые вещества (15,5%), диоксид серы (10,8%), оксид азота (5,4%). При выплавке 100 т стали в атмосферу выбрасывается 4 т пыли, 3 т оксидов серы, 5 т оксида углерода, а также такие опасные загрязнители, как соединения марганца, свинца фосфора, мышьяка, ванадия, ртути и др. В процессе сталеплавильного производства в атмосферу выбрасываются парогазовые смеси, состоящие из фенола, формальдегида, бензола, аммиака и других токсичных веществ.

Нефтедобывающая промышленность вышла на 3-е место по объему загрязняющих веществ, на ее долю приходится около 20% выбросов от стационарных источников в промышленности. Загрязнение атмосферного воздуха связано со способностью нефти к испарению. Основными компонентами выбросов являются оксид углерода, различные углеводороды, диоксид серы, сероводород, оксиды азота.

В машиностроении состав отходящих газов меняется в зависимости от особенностей технологических процессов. На предприятиях машиностроения наибольшее загрязнение воздушной среды наблюдается в районах литейных и окрасочных цехов, особенно на тракторных и моторных заводах. Источники загрязнения, состояние воздушной среды, высота труб и температура газовоздушной смеси литейных цехов аналогичны заводам металлургической промышленности, а в гальванических и окрасочных цехах подобны соответствующим цехам химической промышленности. Вредные вещества, характерные для машиностроения – пары масел, щелочей, кислот, продукты горения в термическом и кузнечном цехах, пыль, газовыделения от сварки удаляются без очистки через аэрационные фонари, шахты и невысокие трубы, что увеличивает опасность накапливания этих веществ в атмосфере.

Выбросы предприятий химической промышленности отличаются чрезвычайно большим разнообразием выделяемых в атмосферу вредных веществ, имеют трубы и шахты в большинстве своем сравнительно небольшой высоты. Выбросы в основном осуществляются над кровлей зданий. Только некоторые выбросные трубы имеют высоту 25–40 м и редко более 50 м. Даже

22

такие токсические вещества, как хлор выбрасываются в ряде случаев через аэрационные фонари, пыль – через дефлекторы, а абгазы с содержанием токсических веществ, как например, винилхлорид, через шахты над кровлей на высоте 12–30 м. Для большинства предприятий химической промышленности характерны изотермические выбросы, температура которых мало отличается от окружающей, что способствует скоплению вредных веществ вблизи источников. Повышению концентраций вредных веществ в наружном воздухе способствуют также размещение технологического оборудования на открытых площадках, наличие большого числа наружных технологических коммуникаций и нарушение герметизации аппаратуры и оборудования.

По характеру загрязнения атмосферы химические предприятия можно разделить на два основных типа – предприятия неорганической химии и предприятия по получению органических продуктов.

К предприятиям неорганической химии относятся заводы по производству серной кислоты, азотной кислоты, хлора, минеральных удобрений и др.

Производство минеральных удобрений включает производство аммиака, азотной кислоты, аммиачной селитры, сульфата аммония, нитроаммофоски, серной кислоты, фосфорной кислоты. В связи с этим и промышленные выбросы в атмосферу отличаются своей многокомпонентностью и содержат оксиды серы, фтористые соединения, аммиак, оксид азота, пыль суперфосфата и апатита, фосфорный ангидрит, аэрозоли аммиачной селитры. На современных химических предприятиях производства неорганической химии размещаются на одной территории с производствами по получению многих органических продуктов, таких как средства защиты растений, винилхлорид и поливинилхлорид, поверхностно-активные вещества, красители, лаки, фармацевтические препараты и т.д.

Переработка нефти на нефтеперерабатывающих производствах

включает ее подготовку и процессы первичной и вторичной переработки. Подготовка извлеченной из недр нефти ставит целью удаление из нее механических примесей, растворенных солей и воды и стабилизацию по составу. Первичная переработка нефти (первичные процессы) заключаются в разделении ее на отдельные фракции, каждая из которых представляет смесь углеводородов. Первичная переработка является физическим процессом и не затрагивает химической природы и строения содержащихся в нефти соединений. Важнейшим из первичных процессов является прямая гонка нефти. В процессе первичной переработки нефти в атмосферу выделяются углеводороды, сероводород. Попадание этих веществ в атмосферу связано с выделением (испарением) с установок первичной переработки нефти. Кроме

23

того, в результате горения топлива в технологических печах образуется диоксид углерода, оксиды азота, по причине незавершенного горения топлива – оксид углерода.

Вторичная нефтепереработка представляет собой разнообразные процессы переработки нефтепродуктов, полученных методом прямой гонки. Эти процессы сопровождаются деструктивными превращениями содержащихся в нефтепродуктах углеводородов и изменением их природы, то есть являются химическими процессами. Перегонку нефти осуществляют при температуре не выше 370ºС. В результате атмосферной перегонки остается мазут.

К вторичным процессам нефтепереработки относятся: коксование нефтяных остатков (получение нефтяного кокса, бензина и газойля), деасфальтизация нефтяных остатков пропаном, каталитический крекинг (получение высокооктанового бензина), каталитический риформинг (превращение низкооктановых бензиновых фракций в высокооктановые), гидрокрекинг (получение сжиженных газов и масел и пр.

Вторичные процессы переработки нефти поставляют в окружающую среду основное количество загрязнителей: углеводородов, оксида углерода, диоксида углерода, различных сернистых соединений, оксидов азота, твердых веществ, диоксида серы и сероводорода.

Целлюлозно-бумажная промышленность относится к ведущим отраслям народного хозяйства, так как Россия располагает огромными лесосырьевыми ресурсами. Продукцией целлюлозно-бумажной промышленности являются различные виды волокнистых полуфабрикатов, бумага, картон и изделия из них. Побочные продукты отрасли: кормовые дрожжи, канифоль, скипидар, жирные кислоты и др.

В зависимости от того, в каком растворе варят щепу, различают сульфитный и сульфатный методы производства целлюлозы. Если в растворе сернистой кислоты или сернистокислого кальция (гидросульфита кальция), то это сульфитный способ варки. Но на многих комбинатах целлюлозу варят со щелочами – получают сульфатную целлюлозу.

Схема производства бумаги выглядит следующим образом:

Бревна поступают в окорочные вращающиеся барабаны, где древесина за счет трения друг о друга и ребристую поверхность стенок барабана освобождаются от коры и грязи, и бревна промываются водой.

Конвейер несет их к рубильным машинам, где получают технологическую щепу. Щепа по конвейеру поступает в варочный цех.

В варочном цеху щепа варится в растворе сернистой кислоты и сернистокислого кальция (гидросульфита кальция) – получают сульфитную целлюлозу или варят со щелочами – получают сульфатную целлюлозу.

24

Полученную целлюлозу выдувают за счет давления пара, тщательно промывают водой, очищают от оставшихся крохотных сучков, мелких непроваренных кусочков древесины и отбеливают хлором. Отбелка производится в особых башнях.

Промытую, очищенную и отбеленную целлюлозу по трубам перекачивают в бассейны для изготовления бумажной массы. Из бассейнов она попадает на специальную мельницу для размола.

Размол. Цель – подготовить полуфабрикаты к отливу; сделать волокна гибкими, пластичными; увеличить их поверхность с целью эффективного связеобразования, от которого зависит прочность бумажного листа; придать бумаге требуемую структуру и физические свойства.

Проклейка бумаги. Цель – придать ей водостойкость; при этом уменьшается ее впитывающая способность и увеличивается пригодность для письма и печати. Водостойкость придают: канифольный клей, парафин, пек. Дополнительно еще придают механическую прочность: крахмал, животный клей.

Наполнение бумаги. Цель – экономия волокнистых полуфабрикатов, повышение белизны, впитывающей способности, гладкости. Применяются: каолин, тальк, мел, гипс. Введение наполнителей снижает прочность бумаги и затрудняет ее проклейку.

Крашение бумаги. Около 90% бумажной продукции вырабатывается с применением красителей.

Изготовление бумаги на бумагоделательной машине.

Больше всего загрязняют атмосферный воздух предприятия, производящие целлюлозу по сульфатному способу. Основная причина выделения вредных газовых соединений – это использование в технологическом процессе сульфида натрия, что приводит к образованию серосодержащих соединений – сероводорода, метилмеркаптана, диметилсульфида, диметилдисульфида, а также пыли, диоксида серы, метанола, скипидара, оксида углерода.

Сульфитно – целлюлозное производство загрязняет атмосферу заметно меньше. Главным загрязнителем атмосферы здесь является сернистый ангидрид, который используется для приготовления варочной кислоты.

С загрязнением атмосферы связаны процессы отбелки как сульфитной, так и сульфатной целлюлозы. Причина – применение для отбелки целлюлозы газообразного хлора и диоксида хлора. При получении хлора и двуокиси хлора образуются такие токсические соединения, как хлористый водород, пары ртути, сернистый ангидрид, щелочные аэрозоли.

25

Процесс добычи углей сопровождается пылевыми и газовыми выбросами. При подземной добыче угля основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются газопылевые выбросы из горных выработок и газопылевые выделения из породных отвалов. Добыча 2 млрд т угля сопровождается выделением 27 млрд м3 метана и 16 млрд м3 диоксида углерода. Из подземных горных выработок шахт в атмосферу земли ежегодно поступает около 0,2 млн т пыли.

Открытая разработка углей сопровождается ещѐ более интенсивным загрязнением окружающей среды в результате машинного разрушения пород бурения скважин, транспортировки угля, эрозии поверхности отвалов. Так, бурение взрывных скважин ведет к выбросу пыли от 30 до 120 мг/с при пылеулавливании и до 2 200 мг/с без пылеулавливания: при технологическом взрыве в воздух выбрасывается на значительную высоту до 100-200 т пыли.

Строительная индустрия производит множество различных материалов: цементов, вяжущих материалов, асбестоцементных изделий, строительной керамики, тепло- и звукоизоляционных материалов, строительной керамики и др. материалов. Наиболее сильно загрязняют воздух цементные, асбестоцементные, известковые предприятия, а также керамзитобетонные заводы. На цементные заводы приходится 20%, а на предприятия по производству строительных материалов – 50% общего объема выбросов по отрасли.

Вредные вещества при производстве извести, цемента, гипса выделяются из обжиговых печей, сушильных барабанов различных видов, реакторов гашения извести и т. д. Источниками выбросов загрязняющих веществ при производстве стекла и керамических изделий являются дробильно-размольное оборудование, сушильные машины, стекловаренные печи и т. д. При производстве асфальта вредные вещества выделяют битумно-плавильные агрегаты, сортировочные машины, сушильные агрегаты, смесители и т. д.

Вокруг заводов, производящих цемент, асбест, гипс и другие строительные материалы образуются зоны максимального загрязнения окружающей среды радиусом до 2 км с повышенным содержанием в воздухе пыли и частиц цемента, асбеста, кварца и других вредных веществ.

В деревообрабатывающих цехах в процессах раскроя пиломатериалов на заготовки и рейки, в цехах по изготовлению оконных и дверных блоков, дверей, досок пола, паркета, плинтусов, заготовок мебели и др. выделяется древесная пыль. Источниками выделения древесной пыли являются циркульные пилы, торцовочные станки, станки фуговальные, рейсмусовые, сверлильные, фрезерные, строгальные, шипорезные, шлифовальные и др.

26

Впроизводстве древесностружечных плит при изготовлении и сортировке щепы, изготовлении стружки, при механической обработке плит (обрезка, шлифование, раскрой) выделяются отходы древесины, в т. ч. древесная пыль. В процессе пропитки стружки смолой, горячего прессования, охлаждения, выдержки плит выделяются вредные парогазовоздушные смеси из расходуемых смолосодержащих материалов, содержащих формальдегид и фенол.

Фанера представляет собой материал, состоящий из 3-х или более листов шпона, склеенных в плоский лист со взаимно-перпендикулярным расположением волокон древесины в смежных слоях или со взаимно параллельным направлением волокон 2-х средних слоев при четном числе слоев шпона. На всех этапах технологического процесса производства фанеры происходит выделение таких загрязняющих веществ как: пыль, фенол, формальдегид, аммиак.

При механической обработке древесины в производстве мебели (раскрой пиломатериалов на заготовки, сверление, строгание, фрезерование, шлифование и др.) образуется значительное количество стружки, опилок, древесной пыли. Кроме того в воздушную среду попадает целый комплекс веществ, содержащихся в лакокрасочных материалах, растворителях, клеевых композициях, смолах. Основными источниками выделения загрязняющих веществ являются окрасочные камеры, пульверизационные кабины, лаконаливные машины, сушильные камеры, стеллажи для хранения готовой продукции и другое оборудование.

Впроцессах намазки и фанерования натурального и синтетического шпона применяются карбамидоформальдегидные смолы, поэтому в атмосферный воздух попадает формальдегид.

4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

Для гигиенической оценки тенденций в изменении состояния атмосферного воздуха необходимо помимо состава вредных веществ, обусловливающих специфику их действия на организм человека, знать их концентрацию, определяющую интенсивность влияния того или иного ингредиента. Концентрация атмосферных загрязнений зависит от ряда факторов, а именно (рис. 5):

27

Факторы, влияющие на рассеивание

Величина выброса

Высота выброса

Расстояние от источника выброса

Рельеф местности

Метеорологические условия

Направление, скорость ветра

Атмосферное давление

Планировка улиц

Высота зданий

Тип жилой застройки

Зеленые насаждения

Температурная инверсия, стратификация

Солнечная радиация, облачность, туманы, осадки

Рис. 5. Факторы, влияющие на рассеивание

Чем больше выброс в единицу времени, тем больше выбрасываемых веществ поступает в воздушный поток и, следовательно, в нем создается

большая концентрация загрязнений. В большой

степени выброс зависит от интенсивности

Н2

работы

предприятия,

режима

эксплуатации,

наличия очистных сооружений, эффективности

Н1

их работы, метеорологических факторов, из

которых

специального

рассмотрения

а

заслуживают направление и скорость ветра,

температурная стратификация

атмосферы

и

Н1

влажность воздуха.

При

одинаковом

абсолютном

выбросе

степень

загрязнения атмосферного воздуха

в

б

населенных

пунктах

может

значительно

изменяться в зависимости от высоты выброса.

Н2

Различают высокие (Н > 50 м), средние (Н = 10–

в

50 м), низкие (Н = 2–10 м) и наземные (Н < 2 м)

источники выбросов.

На

основании

исследований,

было

Рис. 6. Изменение сечения

установлено: чем выше источник выброса, тем

дымового факела при разной

больше сечение дымового факела в точке

высоте выброса (а, б, в)

28

касания его поверхности земли и во всех точках, больше скорость ветра, интенсивнее процессы турбулентности, а также меньше концентрация примесей (рис. 6). Изменение сечения дымового факела определяется величиной раскрытия его угла, который колеблется в пределах 10–60°.

Конусообразный факел (рис. 7) наблюдается при безразличной устойчивости атмосферы, когда превалирует механическая турбулентность, а небо затянуто облаками днем и ночью. Половина угла факела составляет почти 10°. Большая часть загрязнений переносится ветром на значительные расстояния, прежде чем достигнет уровня земли.

Рис. 7. Конусообразный факел

Волнообразный факел (рис. 8) наблюдается в условиях сильной конвективной турбулентности и является следствием сверхадиабатического вертикального градиента температуры, который приводит к значительной неустойчивости атмосферы. Характерен для ясных дней, когда земная поверхность нагревается солнечными лучами. Тепловые вихри могут быть достаточно сильными, чтобы переносить выбросы вниз до уровня земли за короткое время. Хотя здесь наблюдается тенденция к рассеиванию примесей в большом объеме, в отдельных участках приземного слоя концентрация их может быть значительной.

Рис. 8. Волнообразный факел

Нитевидный факел (рис. 9) наблюдается при условии большого отрицательного градиента температуры, образования инверсии над трубой. Механическая турбулентность выражена слабо. Если плотность ГВС

29

незначительно отличается от плотности воздуха, примеси перемещаются в направлении ветра приблизительно на одинаковой высоте. Чаще бывает в ясные ночи, когда земля охлаждается, излучая тепло. Земной поверхности достигает лишь небольшое количество летучих веществ.

Рис. 9. Нитевидный факел

Задымляющий факел (рис. 10) наблюдается в том случае, если устойчивый слой воздуха находится на небольшом расстоянии, над точкой выброса, а неустойчивый – ниже выброса. Температурный профиль, способствующий образованию задымления, формируется рано утром. Утреннее солнце нагревает землю, развивается отрицательный температурный градиент в направлении от поверхности земли. Когда неустойчивый слой достигает высоты трубы, большие объемы выброса из нее переносятся в направлении ветра к поверхности земли. Это длится не более получаса. Но в течение этого времени приземная концентрация может достигать относительно высоких значений. Задымлению способствуют ясное небо и слабый ветер. Чаще всего такие условия создаются летом.

Рис. 10. Задымляющий факел

Приподнятый факел (рис. 11) появляется в то время, когда слой инверсии находится ниже выброса. Формируется в полдень и на рассвете при ясном небе. В течение суток под действием солнечных лучей отрицательный температурный градиент развивается во всем нижнем слое атмосферы. Тепло, излучаемое поверхностью земли после полудня, способствует образованию приземной инверсии. Когда слой инверсии углубляется, приподнятая струя

30