Состав и расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу

Промышленные вещества, загрязняющие атмосферу

Сгорание бытового природного газа в жилье человека, испарение продуктов бытовой химии (растворители, моющие средства), древесно-стружечные конструкции, приток уже загрязненного воздуха с улицы во время проветривания, делают воздух жилых помещений достаточно загрязненным. Только за один летний период в жилые помещения проникает 90% примесей, содержащихся в наружном воздухе при его температуре +20 градусов. Процент попадания вредных веществ снижается при температуре +2,5 градуса и составляет 40%.

Состав вредных примесей в производственном воздухе зависит от технологического процесса, используемого сырья и материала, работающих машин и оборудования. Крупные промышленные комплексы включают в свой состав не только основные цехи, но и вспомогательные – это могут быть заготовительные, кузнечнопрессовые цехи, цехи покрытий, цехи механической и термической обработки металлов, крупное литейное производство, теплоэлектроцентрали, испытательные станции и др. Литейные цехи, например, в атмосферу выбрасывают значительное количество пыли и газа, источниками которых являются вагранки, электродуговые печи, индукционные печи, места, где складируется шихта, участки выбивки литья и его очистки.

Открытые чугунолитейные вагранки и электродуговые печи, каждый час работы выплавляют 7 т чугуна. В атмосферу при этом выбрасываются такие вредные вещества как пыль, оксид углерода, углеводород, оксид азота, диоксид серы. Наибольший удельный вес выбросов дает электродуговая печь, например открытые вагранки, выбрасывают оксида азота 0,014 кг/т, а электродуговые печи – 0,29 кг/т. Электродуговые печи много выделяют загрязняющих веществ и при производстве цветных металлов – на каждую тонну готовой продукции они выделяют:

1. 1,8 кг пыли,
2. 1,2 кг оксида азота,
3. 0,8 кг диоксида серы,
4. 1,1 кг оксида углерода,
5. 0,3 кг прочих веществ.

Загрязнение воздуха происходит и во время выпуска чугуна в ковш. В воздухе производственного помещения оказывается до 22 г графитовой пыли, 130 г оксида углерода.

Выделение в воздух цеха вредных веществ происходит при литье металла в формы. Из формовочных смесей выделяется бензол, фенол, формальдегид и др. вредные вещества. Воздух из вентиляционных систем, как правило, загрязнен парами и продуктами горения масла. Есть в воздухе также аммиак, циановодород и другие вредные вещества. В систему вытяжной вентиляции эти вредные вещества попадают от ванн и агрегатов для термической обработки. Термические цехи имеют свои источники загрязнений воздуха. К источникам относятся, работающие на жидком и газообразном топливе, нагревательные печи, дробеструйные, дробеметные камеры. В камерах происходит очищение металла после того, как его термически обработали.

В результате в воздухе после чистки камер концентрация пыли достигает 7 г/куб. м. Воздух гальванических цехов содержит вредные вещества, которые находятся в состоянии тонкодисперсного тумана, пара и газа. Пыль, туманы масел, эмульсий после механической обработки металла на станках, выбрасываются через вентиляционную систему в атмосферу. Механическая обработка древесины, стеклопластика, графита тоже дает значительное количество пыли. Например, за час обработки текстолита на токарных станках выделяется до 80 г пыли, на фрезерных станках – до 120 г, на зубофрезерных – до 40 г.

Обработка полимерных материалов механическим путем помимо пыли выделяет пары и соединения химических веществ – фенола, формальдегида, стирола и др. Все эти опасные вещества входят в состав обрабатываемых материалов. Выделяются вредные вещества при сварке и резке металлов. Их состав и масса зависит от технологического процесса, свойств сварочных материалов и вида сварки. Самые значительные выделения загрязняющих веществ происходят в ходе ручной дуговой сварки, когда выделяется от 1,5 до 40 г разных вредных веществ. Примерно в 2 раза меньше вредных веществ дает автоматическая и полуавтоматическая сварка.

Вредные выбросы энергетических установок и транспорта

Вещества, которые выбрасываются при сжигании в энергоустановках разных видов топлива, основными компонентами имеют нетоксичный диоксид углерода и водяной пар. К вредным выбросам относятся оксид углерода, оксиды серы, азота, углеводороды, сажа, соединения свинца, включая канцерогенный бенз(а)пирен, частицы твердого топлива, не успевшие сгореть. Зола, диоксид серы, оксиды азота образуются в большом количестве в котлах ТЭС при сжигании твердого топлива. Угли Подмосковного бассейна, например, содержат золы до 50%.

Безусловно, образование золы значительно сократится при переводе котлов на мазут, но выбросы диоксида серы не уменьшатся, потому что её содержание в топливе (мазуте) составляет 2%. Соединения тяжелых металлов содержатся в газах, которые образуются при сгорании твердого топлива. Замеры качества воздуха вблизи работающих электростанций показывают, что в сутки они выбрасывают до 360 т диоксида серы. К сильному источнику, загрязняющему воздух, относится автомобильный транспорт. Вредные выбросы автомобилей быстро растут. Этот движущийся источник загрязнения существует во всех городах и населенных пунктах, существует он и в районах отдыха.

Основную долю вредных примесей составляют отработавшие газы ДВС. От общего их выброса 45% углеводородов поступает в атмосферу с картерными газами и парами топлива. Проведенные исследования показали, что отработавшие газы ДВС содержат десятки вредных компонентов. Что касается диоксида серы, то он в отработавших газах будет присутствовать в том случае, когда в исходном топливе содержится сера. Самую большую токсичность имеют выбросы оксидов углерода, оксидов азота, углеводородов. Это выбросы карбюраторных ДВС.

Большие количества сажи, нетоксичной в чистом виде, выбрасывают дизельные ДВС. Тем не менее, сажа имеет высокую адсорбционную способность, и её частицы на своей поверхности несут токсичные и канцерогенные вещества. Способность сажи длительное время находиться в воздухе во взвешенном состоянии, увеличивает время воздействия на человека токсичных веществ. Лидирующее положение по выбросам газообразных веществ в атмосферу среди отраслей промышленности занимает тепловая энергетика. На её долю приходится 43%. Выбросы черной металлургии оставляют 14,7%, а нефтяной промышленности – 10,8%.

Пример расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу

В процессе работы все отрасли промышленности в той или иной степени выбрасывают в атмосферу загрязняющие вещества. Механическая обработка древесины в этом плане не является исключением. Цехи по производству дверных и оконных блоков, паркета, плинтусов, заготовок мебели выделяют древесную пыль. Источниками древесной пыли являются сверлильные, фрезерные, строгальные станки, пилы и другое оборудование. Пыль, образующаяся в процессе работы, может быть разной крупности. Работы производятся на двух станках – фрезерный станок ВФК-2 и шлифовальный станок СВА-2.

Рассмотрим деревообрабатывающее производство с режимом работы 215 дней в году. Исходным сырьем является древесина мягких пород деревьев в виде досок до 1500 куб. м/год. В атмосферу древесная пыль попадает через пылеулавливающие сооружения. Количество пыли (т/год) в этих сооружениях определяется по формуле:

$M_{oi} = K_o \ T \ q_{i} \ k_з \ 10^{-3}$

• $T$ - годовой фонд рабочего времени, ч/год;
• $T$ = 215 дн./год=1720ч/год;
• $k_o$ - коэффициент эффективности местных отсосов (Ко=0.7…0,9);
• $q$ - удельный показатель пылеобразования на единицу оборудования (кг/ч);(данный показатель берется по специальной таблице 1, графа 3)
• $q_1=2,113$ кг/ч для станка фрезерного ВФК-2 и $q_2= 2,028$ кг/ч для шлифовального станка СВА-2
• $k_з$ - коэффициент нестационарности выделения вредных веществ
• $k_з = \frac{t}{T} = \frac{0,25}{1720}=1,453$ г/ год.
• $t$ - время работы технологического оборудования, за которое происходит выделение вредных веществ, ч., определяется расчетным методом или путем фотографирования времени техпроцесса. $T=15$ мин
• $M_{o1} = 0,9\cdot 1720\cdot 2,113\cdot (\frac{0,25}{1720})\cdot 10^{-3} = 0,0005$ т/год; 1шт = $0,0005$ т/год
• $М_{o2} = 0,9\cdot 2,028\cdot 0,25\cdot 10^{-3} = 0,00048$ т/год, $10$ шт = $0,0048$ т/год Всего = $0,0053$ т/ год Количество $i$-го вредного вещества (г/с), отходящего от отдельного источника выделения определяется по формуле: $G_{oi} = \frac{k_o \ q_i \ k_з}{3600}$ (2)
  Если непрерывное время работы технологического оборудования, за которое происходит выделение вредных веществ превышает 20 мин., то в формуле $2 \ k_з =1.$ $G_{o1} = \frac{0,9\cdot 2,113\cdot 1,453}{3600}=0,000081$ г/с $1$шт = $0,000081$ г/с $G_{o2} = \frac{0,9\cdot 2,028\cdot 1,453}{3600}=0,00058$ г/с $10$шт = $0,0058$ г/с Всего = $0,0059$ г/с