3 курс / Гигиена / Гигиена воздуха

патрубком для отведения пыли; центральную трубу (7) с патрубком (6) для отведения очищенного газа, пылесборник (1).

6 4

5 ГВС

ГВС

7

3

1
2
Рис. 15. Циклон	Рис. 16. Батарейный циклон

Запыленный газ поступает в циклон по тангенциально расположенному патрубку, приобретая вращательное движение. После двух-трех вращений в кольцевом промежутке между корпусом и центральной трубой газ винтообразно опускается вниз, причем в конусной части аппарата вследствие уменьшения диаметра скорость вращения потока увеличивается. Под действием центробежной силы частицы пыли отбрасываются к стенкам цилиндра, благодаря чему основная их масса сосредоточивается в потоке газа, который движется непосредственно у стенок аппарата. Этот поток направлен в нижнюю часть конуса, частицы пыли при этом попадают в пылесборник, а газ, резко изменив направления, по центральной трубе выводится из аппарата. Эффективность очистки газа от частиц пыли диаметром 5 мкм составляет 11 %,

до 10 мкм – 40%, 30 мкм – 70%, 60 мкм – 90%.

При одной и той же производительности меньшие размеры циклонов обеспечивают более высокую степень очистки, имеют меньшее гидравлическое сопротивление, работают в широком диапазоне запыленности (до 100 г/м3), температур (до 400 °С) и давления. К таким аппаратам относятся батарейные циклоны (мультициклон). Высокой степени очистки ГВС достигают за счет установки в циклонах диаметром 3 м элементов (циклончиков) малого диаметра (15–25 см). Батарейный циклон может содержать несколько десятков и даже сотен параллельно размещенных элементов, которые имеют общие коллектор для подведения газа и бункер для сбора пыли (рис. 16). Так, батарейный циклон производительностью 650 000 м3/ч содержит 792 циклончика. Но оптимальным считают содержание таких элементов в

51

количестве 100. При большем их количестве эффективность очистки снижается. Эффективность очистки составляет: от частиц пыли диаметром 5 мкм – 85–90%, 10 мкм – 85–90%, 20 мкм – 90–95%. Циклоны используют главным образом для первой ступени очистки (в строительной, металлургической промышленности, на ТЭС) в комбинации с аппаратами для тонкой очистки газа, например электрофильтрами и скрубберами. К недостаткам относятся сложности в изготовлении и большая металлоемкость аппаратов. Кроме того, батарейные циклоны эффективно работают лишь при очистке газов от сухой и не слипающейся пыли.

Фильтрационные устройства в зависимости от фильтрующих материалов разделяют на 4 группы:

1)с гибкими пористыми перегородками из природных, синтетических и минеральных волокон, из тканевых, нетканевых волокнистых материалов (войлока, картона, губчатой резины, пенополиуретана, металлотканей);

2)с полужесткими перегородками (из стружки, сеток);

3)с жесткими перегородками (из керамики, пластмасс, прессованного порошка, металла);

4)с зернистыми слоями (из кокса, гравия, кварцевого песка). Фильтрующий эффект пористого материала состоит в улавливании

частиц, диаметр которых превышает размер отверстий (пор) материала. При этом более крупные частицы пыли располагаются поперек этих отверстий, образуя сплошной слой пыли, который задерживает тонкую пыль. Чем меньше диаметр пор, тем эффективнее улавливание аэрозолей. На практике широко используют рукавные фильтры. Рукавный фильтр запатентован в 1886 г. Бетом. Поэтому его еще называют бета-фильтром (рис. 17). Тканевые фильтры

изготавливают

в форме

цилиндрических труб

(рукавов), расположенных параллельно в несколько

рядов, что обеспечивает большую площадь

поверхности. Вентилятор через входной газоход

нагнетает газ в камеру, затем он проходит через

тканевые рукава, нижние концы которых

закреплены

хомутами

на

патрубках

распределительной решетки. Пыль оседает на

внутренней поверхности рукава, а очищенный газ

. . . . . . . . .

проходит

через

поры ткани и

выводится в

. . . . . . .

атмосферу.

Рис. 17. Рукавный фильтр

Рукавные фильтры очищают газ от тонко-

дисперсной пыли, т. е. от частиц диаметром 0,001–

0,5 мкм. Частицы диаметром более 1

мкм задерживаются в основном путем

52

соударений и прямого захвата, в то время как частицы диаметром 0,001–1 мкм улавливаются вследствие диффузии и электростатического взаимодействия. После образования достаточно толстого слоя пыли с перепадом давления 40–70 мм вод. ст. эффективность очистки ГВС возрастает до 99%. Когда перепад давления достигает 120–150 мм вод. ст., фильтр необходимо очищать. Это достигается механической вибрацией или встряхиванием, обратным продуванием пульсирующими потоками, обратным потоком воздуха, звуковыми волнами.

Тканевые фильтры рекомендуют применять в таких случаях: 1) когда необходима высокая эффективность улавливания пыли; 2) когда пыль является ценным продуктом, который необходимо собрать сухим; 3) когда температура газа выше чем его точка росы; 4) когда объемы ГВС небольшие; 5) в цветной металлургии, цементной, мукомольной промышленности. Недостатки рукавных фильтров: 1) для их размещения необходимы значительные производственные площади; 2) невозможность работать с гигроскопичными материалами.

Фильтры с полужесткими пористыми перегородками состоят из ячеек-

кассет, между стенками которых расположен слой стекловолокна, шлаковаты, металлической стружки, насыщенной маслом. Собранные в секции кассеты установлены перпендикулярно к газовому потоку или под углом к нему (рис.

18).

ГВС

Рис. 18. Фильтр с полужесткими пористыми перегородками

Эффективность очистки при использовании таких фильтров составляет 99%. Их применяют для улавливания пылевых частиц всех размеров, при разных объемах выбросов и концентрации пыли на производстве технического углерода, пестицидов, красителей, сталелитейном, цементном, во время измельчения полевого шпата, графита.

Электрофильтры впервые были применены в 1903 г. Принцип очистки ГВС в электрофильтрах состоит в следующем (рис. 19). Если напряженность электрического поля между электродами превышает критическую величину, которая равна 30 KB/см, то молекулы воздуха ионизируются у негативно заряженного коронирующего электрода и приобретают отрицательный заряд.

53

+

+

-	-

а		б

Рис. 19. Электрофильтр с трубчатыми (а) или пластинчатыми (б) электродами

Во время движения негативно заряженные ионы воздуха встречают пылинки и передают им свой заряд. В свою очередь пылинки направляются к положительно заряженным осадительным электродам, достигают их поверхности и теряют свой заряд. Слой образовавшейся пыли удаляется при помощи вибрации и поступает в бункер. Электрофильтры могут быть с трубчатыми (рис. 19, а) или пластинчатыми (рис. 19, б) электродами. Эффективность очистки ГВС от частиц пыли диаметром 0,05–200 мкм составляет 98–99,99%.

Одним из наиболее простых газоочистных устройств «мокрого» типа является круглая или прямоугольная брызгопромывная колонна (полый скруббер) (рис. 20) с форсунками или водораспределительной установкой, через которую распыляется жидкая фаза для обеспечения эффективного контакта с улавливаемыми частицами.

Газовый поток подводят через трубу, которая расположена тангенциально (рис. 20, а). Благодаря этому ГВС приобретает вращательное движение, поднимается вверх, и частицы пыли отбрасываются к стенкам камеры, орошаемым водой из водораспределителя, который вращается с большой скоростью. Захваченные водной пленкой частицы пыли выводятся в виде шлама через трубу в нижней части установки.

На рис. 20, б изображен форсуночный скруббер, в котором поверхность между фазами формируется за счет распыления жидкости в камере при помощи форсунок, расположенных в два ряда. ГВС поступает снизу и поднимается навстречу водяному дождю. Частицы пыли приближаются к каплям, захватываются ими и попадают в нижнюю часть камеры. Используют такие

54

установки для предварительной очистки газа в черной и цветной металлургии, где одновременно необходимо снизить температуру и увлажнить горячие газы.

Очищенный газ		Очищенный газ

	Вода
ГВС
	ГВС
	Шлам	Насос
Вода	Шлам
а	б

Рис. 20. Полые скрубберы

Эффективность очистки ГВС от пылевых частиц диаметром 1 мкм составляет 60%, 5 мкм – 94%, 25 мкм – 99%. Применение перегородок для увеличения продолжительности контакта между газом и жидкостью приводит к повышению эффективности очистки от частиц диаметром 5 мкм до 97%, 10

мкм – до 100%.

Скоростные турбулентные газопромыватели, или скрубберы Вентури.

Скрубберы Вентури (рис. 21) применяют для тонкой очистки газов от пыли. Этот процесс состоит в том, что запыленный газ через конфузор, встроенный в газопровод для разгона газового потока, попадает в горловину (диаметром 250– 1000 мм), где газ движется с наибольшей скоростью – 50-70 м/с.

Циклонный

сепаратор

Газ

Диффузор

Конфузор

Насос	Резервуар с					Отстойник
			водой

Рис. 21. Скруббер Вентури

55

Через отверстия в горловине под давлением со скоростью 70–100 м/с поступает вода, которая, сталкиваясь с газовым потоком, разбрызгивается на мелкие капельки. При столкновении с частицами пыли капельки жидкости поглощают их и коагулируют. Эти капли вместе с газом проходят через диффузор, в котором скорость газового потока снижается до 25 м/с, и поступают в циклонный сепаратор. В циклоне скорость газожидкостной смеси составляет 5 м/с, и капли под действием центробежной силы отделяются от газа, и вместе со шламом попадают в отстойник. В отстойнике воду отделяют от шлама и вновь подают насосом в скруббер. Эффективность очистки от частиц пыли диаметром 0,2–2 мкм составляет 99%.

В скруббере Вентури также эффективно улавливаются продукты сублимации или туман, который образуется при производстве серной кислоты.

Барботажные абсорберы применяют для очистки очень загрязненных газов. Принцип работы таких абсорберов основывается на прохождении (барботаже) пузырьков газа через слой жидкости. Поверхность массообмена в этом случае, когда жидкость является сплошной фазой, а газ – дисперсной, эквивалентна суммарной поверхности пузырьков газа или пены, которая образуется вследствие барботажа. В зависимости от способа образования межфазной поверхности (поверхности массообмена) различают барботажные абсорберы со сплошным барботажным слоем, тарельчатого типа, с плавающей насадкой, с механическим перемешиванием жидкости.

Абсорбер со сплошным барботажным слоем имеет вид камеры с круглым или прямоугольным сечением, внутри которой установлена перфорированная плита для разбивания потока газа на струи. Вода или другая жидкость

Очищенный газ

поступает на плиту через штуцер, а

загрязненный газ подается в аппарат

через патрубок со скоростью 6–13 м/с.

Вода

Пена

Он проходит в направлении снизу вверх

Плита

через отверстия в плите, барботирует

ГВС

жидкость и превращает ее в слой

подвижной пены. В этом слое пены пыль

поглощается жидкостью, основная часть

которой (80%) удаляется вместе с пеной

Шламо-

через регулированный порог; 20%

накопитель

жидкости сливаются через отверстия в

плите и улавливают в пространстве под

плитой частицы пыли. Эта суспензия

Рис. 22. Адсорбер со сплошным

удаляется через штуцер (рис. 22).

барботажным слоем

56

Для повышения степени очистки газов применяют аппараты, в которых по высоте устанавливают не одну, а несколько ступеней (тарелок). Широко распространены колпачковые тарелки. В таких аппаратах ГВС проходит через центральное отверстие и прорези в колпачках, барботирует в виде пузырьков через жидкость, образуя слой пены, после чего попадает на расположенную выше тарелку. Жидкость перекрестным потоком перемещается по тарелке и затем переливается сверху вниз. С увеличением количества колпачков улучшаются условия контакта газа с жидкостью. В абсорберах с подвижной насадкой достигается большая скорость массопередачи.

Для очистки промышленных выбросов в атмосферу от газовых компонентов используются абсорбция жидкостью и твердым веществом, каталитическое превращение вредных газообразных компонентов выброса в безвредные соединения. Выбор метода зависит от особенностей технологии.

4. Архитектурно-планировочные. К данной группе мероприятий относятся:

функциональное зонирование территории города, то есть выделение функциональных зон – селитебной, промышленной, зоны внешнего транспорта, пригородной; коммунально-складской;

рациональная планировка территории селитебной зоны;

запрещение строительства предприятий, загрязняющих воздух, в жилой зоне населенного пункта и размещение их в промышленной зоне с учетом господствующего направления ветра на данной территории;

создание санитарно-защитных зон.

рациональная застройка улиц, устройство транспортных развязок на основных автомагистралях с сооружением тоннелей;

озеленение территории города. Зеленые насаждения играют роль своеобразных фильтров, влияют на рассеивание промышленных выбросов в атмосфере, изменяя ветровой режим и циркуляцию воздушных масс.

выбор для строительства предприятия земельного участка с учетом рельефа местности, аэроклиматических условий и других факторов.

10. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОНТРОЛЬ ЗА ОХРАНОЙ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

10.1. Система органов осуществляющих государственный контроль

Государство на данном этапе развития создало достаточно стабильную систему контроля за охраной атмосферного воздуха, которая более или менее обеспечивает необходимую сохранность атмосферного воздуха. Система

57

органов осуществляющих государственный контроль за атмосферным воздухом выглядит следующим образом.

Одним из главных органов в данном направлении является Федеральная служба по надзору в сфере природопользования (Росприроднадзор). Росприроднадзор осуществляет контроль и надзор за соблюдением требований законодательства Российской Федерации в области охраны окружающей среды, в том числе в области охраны атмосферного воздуха и обращения с отходами; выдает в установленном порядке лицензии (разрешения) на выбросы и сбросы загрязняющих веществ в окружающую среду (за исключением радиоактивных веществ), вредные физические воздействия на атмосферный воздух и выполняет иные функции необходимые для обеспечения сохранности атмосферного воздуха.

В целях установления порядка организации и проведения государственного контроля за охраной атмосферного воздуха Росприроднадзор осуществляет свои функции во взаимодействии с Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор) и Федеральной службой по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет).

Помимо указанных органов контроль за охраной атмосферного воздуха осуществляется должностными лицами органов государственной власти субъектов Российской Федерации.

Надзорные функции за деятельностью перечисленных органов осуществляют органы прокуратуры Российской Федерации, кроме того, помимо надзора за деятельностью контролирующих органов прокуратура обладает полномочиями непосредственного надзора за исполнением законодательства об охране атмосферного воздуха.

К полномочиям органов государственной власти РФ в области охраны атмосферного воздуха относятся формирование и проведение единой государственной политики на территории России, формирование единой нормативно – методической базы, установление порядка государственного учета выбросов вредных (загрязняющих) веществ и вредных физических воздействий на атмосферный воздух.

Задачами государственного контроля за охраной атмосферного воздуха являются:

соблюдение условий, установленных разрешениями на выбросы вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух и на вредные физические воздействия на него;

58

стандартов, нормативов, правил и иных требований охраны атмосферного воздуха, в том числе проведения производственного контроля за охраной атмосферного воздуха;

режима санитарно-защитных зон объектов, имеющих стационарные источники выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух;

выполнения федеральных целевых программ охраны атмосферного воздуха, программ субъектов Федерации;

иных требований законодательства в области охраны атмосферного воздуха.

Производственный контроль за охраной атмосферного воздуха осуществляют юридические лица, которые имеют источники вредных химических, биологических и физических воздействий на атмосферный воздух. Они назначают лиц, ответственных за проведение производственного контроля за охраной атмосферного воздуха, и (или) организуют экологические службы.

Сведения о лицах, ответственных за проведение производственного контроля за охраной атмосферного воздуха, и об организации экологических служб, а также результаты производственного контроля за охраной атмосферного воздуха, представляются в территориальные органы специально уполномоченного федерального органа исполнительной власти в области охраны атмосферного воздуха.

10.2. Законодательство об охране атмосферного воздуха

Атмосферный воздух представляет собой элемент окружающей природной среды, жизненно важный для биологических организмов, включая людей, который служит защитой от космических излучений, поддерживает определенный тепловой баланс на планете, определяет климат и т. д. Наряду с экологическими функциями атмосферный воздух выполняет важнейшие экономические функции, так как выступает незаменимым элементом производственных процессов, энергетической, транспортной и другой деятельности человека. Интенсивное развитие промышленности, рост городов, увеличение количества транспортных средств, активное освоение околоземного пространства приводят к изменению газового состава атмосферы, накоплению различных видов загрязнений (пылевого, химического, электромагнитного, радиационного, шумового и др.), разрушению озонового слоя атмосферы, нарушению ее естественного баланса.

Все это наносит ощутимый вред экономике, здоровью людей, природной среде и вызывает необходимость регулирования антропогенного воздействия на атмосферный воздух.

59

Правовое регулирование отношений в сфере охраны атмосферного воздуха осуществляется Федеральными Законами от 4 мая 1999 г. № 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха», от 30 марта 1999 г. № 52-ФЗ «О санитарноэпидемиологическом благополучии населения», от 10.01.2002 № 7-ФЗ «Об охране окружающей природной среды», а также рядом подзаконных актов (СанПиН 2.1.6.103201 «Гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населенных мест», ГН 2.1.6.1338-03 «Предельнодопустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест», СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов»).

Важные положения об охране атмосферного воздуха содержатся в нормативных актах, регулирующих использование и охрану земель, лесов, вод, недр и других природных ресурсов, а также в уголовном, административном, гражданском и иных отраслях законодательства.

Задачей законодательства об охране атмосферного воздуха является регулирование общественных отношений в этой области. Цели регулирования – сохранение в чистоте и улучшение состояния атмосферного воздуха; предотвращение и снижение вредных химических, физических, биологических и иных воздействий на атмосферу, вызывающих неблагоприятные последствия для населения, народного хозяйства страны, растительного и животного мира; укрепление законности и правопорядка в области охраны атмосферного воздуха.

Объектами правовой охраны и компонентами природной среды являются, согласно Федеральному закону от 10.01.2002 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды»: атмосферный воздух, озоновый слой атмосферы и околоземное космическое пространство. В соответствии с данным законом установление лимитов на выбросы, сбросы загрязняющих веществ и микроорганизмов, лимитов на размещение отходов производства и потребления, а также установление платы за негативное воздействие на окружающую среду являются одними из методов экономического регулирования в области охраны окружающей среды.

Головным нормативным правовым актом является Федеральный закон от 4 мая 1999 г. № 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха». В соответствии с ним регулируются компетенции государственных и иных органов в области охраны атмосферного воздуха, государственный учет вредных воздействий на него, наблюдение, контроль, разрешение споров и ответственность в области охраны атмосферного воздуха.

Согласно Федеральному закону от 4 мая 1999 г. № 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха», выброс вредных веществ допускается на основании

60