Требования в области охраны окружающей среды при установлении защитных и охранных зон

В связи с проявлением эффекта рассеяния примесей в атмосферном воздухе и в целях обеспечения устойчивого функционирования естественных экологических систем, защиты природных комплексов, природных ландшафтов и особо охраняемых природных территорий от загрязнения и другого негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности устанавливаются защитные и охранные зоны.

В целях охраны условий жизнедеятельности человека, среды обитания растений, животных и других организмов вокруг промышленных зон и объектов хозяйственной и иной деятельности, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду, создаются защитные и охранные зоны, в том числе санитарно-защитные зоны в кварталах, микрорайонах городских и сельских поселений – территории, зеленые зоны, включающие в себя лесопарковые зоны и иные зоны с ограниченным режимом природопользования.

Расчет СЗЗ регламентируется государственным стандартом. Для объектов, их отдельных зданий и сооружений с технологическими процессами, являющимися источниками воздействия на среду обитания и здоровье человека, в зависимости от мощности, условий эксплуатации, характера и количества выделяемых в окружающую среду загрязняющих веществ, создаваемого шума, вибрации и других вредных физических факторов, а также с учетом предусматриваемых мер по уменьшению неблагоприятного влияния их на среду обитания и здоровье человека, в соответствии с санитарной классификацией предприятий, производств и объектов устанавливаются следующие размеры санитарно-защитных зон:

При установлении протяженности СЗЗ учитываются господствующие направления ветров, т.е. она может в зависимости от розы ветров иметь различную протяженность в разных направлениях, но в любом случае – не ниже минимальной (нормативной). Размеры СЗЗ могут быть уменьшены за счет технологических мероприятий, например, систем очистки и обезвреживания загрязняющих веществ, снижения влияния иных вредных производственных факторов.

Универсальных методов защиты биосферы, радикально решающих проблему борьбы с загрязнениями, пока не существует, и только сочетание нескольких научно обоснованных мероприятий в каждом конкретном случае может привести к желаемому эффективному результату.

Рассмотрим известные методы защиты окружающей среды от промышленных загрязнений.

Технологический метод – непосредственное воздействие на технологические процессы, являющиеся источниками загрязнения. При этом проблема устранения загрязнений решается радикально, но их разработка и внедрение связаны с трудоемкими дорогостоящими мероприятиями: реконструкцией предприятий и изменением существующей технологии; значительными капитальными затратами; проведением специальных научно-исследовательских проектно-конструкторских работ; решением сложных технологических и организационных задач не только научно-тех­нического, но и социально-экономического плана.

Организационно-технический метод – уменьшение концентраций и уровней загрязнения на пути их распространения в биосфере. Этот метод предполагает борьбу при помощи технических средств с уже образовавшимся, результате существующего технологического процесса, загрязнением.

Планировочные мероприятия. Этот метод позволяет за счет рационального размещения источников загрязнения снизить их влияние на человека. Промышленное предприятие должно располагаться на возвышенном месте, хорошо продуваемом ветрами. Площадка жилой застройки не должна быть выше предприятия, в противном случае преимущество высоких труб для рассеивания промышленных выбросов практически сводится на нет. Взаимное расположение предприятий и населенных пунктов определяется по средней розе ветров (преимущественному направлению ветров) теплого периода года.

Производственные здания и сооружения промышленных предприятий обычно размещают по ходу производственного процесса. Вместе с тем цехи, выделяющие наибольшее количество вредных веществ, следует располагать на краю производственной территории со стороны, противоположной жилому массиву.

Средства защиты атмосферы. На практике реализуются следующие варианты использования средств защиты атмосферы:

– локализация токсичных веществ в зоне их образования, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах и его возврат в производственное или бытовое помещение;

– локализация токсичных веществ в зоне их образования, очистка загрязненного воздуха, технологических и газовых выбросов или отработанных газов в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере.

Классификация аппаратов очистки вентиляционных и технологических выбросов в атмосферу приведена на рис. 1 [4].

Рис. 1. Классификация аппаратов очистки вентиляционных
технологических газовых выбросов

Таблица 1

Основные характеристики пылеуловителей

Пылеулавливающее оборудование отделяет твердые частицы от газового потока. Выбор метода и аппарата для улавливания пыли в первую очередь зависит от их дисперсного сос­тава.

Широкое применение для сухой очистки газов получили циклоны различных типов, использующие инерционный механизм осаждения пыли.

Очищенный газ

Рис. 2. Циклон Рис. 3. Скруббер Вентури

Среди аппаратов мокрой очистки с осаждением частиц пыли на поверхность капель на практике более применимы скрубберы Вентури
(рис. 3). Запыленный поток газа через сопло Вентури 1 подается со скоростью 15–20 м/с. В конфузорнойчасти сопла происходит разгон газа в узкой части сопла до скорости 30–200 м/с, сюда же через центробежную форсунку 2 подводится вода на орошение. В диффузорной части сопла поток тормозится до скорости 15–20 м/с и подается в каплеуловитель 3, выполненный в виде прямоточного циклона. К недос­таткам мокрых пылеуловителей относится образование в процессе очисткишлама, что требует специальных систем для его переработки; вынос влаги в атмосферу; необходимость создания оборотных систем подачи воды в пылеуловитель.

Аппараты мокрой очистки работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность либо капель жидкости, либо пленки жидкости. Осаждение частиц пыли на жидкость происходит под действием сил инерции и броуновского движения. Броуновское движение характерно для частиц пыли не менее 1 мкм, которые не обладают достаточной кинетической энергией и при сближении обычно огибают капли.

В основе работы фильтров лежит процесс задерживания частиц примесей на пористых перегородках фильтроэлементов. Широко используются для изготовления фильтроэлементов различные ткани и войлоки из синтетических волокон, губчатая резина, пенополиуретан стружка, керамика, пористые металлы, гравий и др.

Электрический пылеуловитель. Работа электрического пылеуловителя основана на создании сильного электрического по­ля при помощи выпрямленного тока высокого напряжения, подводимого к коронирующим и осадительным электродам. При прохождении запыленного воздуха через зазор между электродами происходит ионизация молекул воздуха с образованием положительных и отрицательных ионов. Ионы, адсорбируясь на частицах пыли, заряжают их положительно или отрицательно, после чего пыль оседает на электродах с зарядом противоположного знака. Эти электроды периодически встряхиваются при помощи специального механизма, после чегопыль собирается в бункере, откуда удаляется. Принципиальная схема двухзонного электро­фильтра типа ФЭ и РИОН приведена на рис. 4.

Рис. 4. Двухзонный электрофильтр ФЭ и РИОН:

1 и 2 – положительные и отрицательные электроды соответственно;

3 и 4 – осадительные электроды

В электрофильтре загрязненный воздух со скоростью V ~2 м/с проходит ионизатор, в состав котороговходят положительные 1 и отрицательные 2 электроды. Зарядив­шиеся частицы пыли воздушными потоками увлекаются в осадитель, представляю­щий собой систему пластин осадительных электродов 3 и 4, где частицы оседают на пластинках противоположной полярности.

Туманоуловители. Для очистки воздуха от туманов кислот, щелочей, масел и других жидкостей используют волокнистые фильтры, принцип действия которых основан на осаждении капель на поверхности пор с последующим стеканием жидкости под действием сил тяжести.

Туманоуловители разделяют на низкоскоростные (рис. 5) и высокоскоростные (рис. 6).

В пространство между двумя цилиндрами 3, изготовленными из сеток, помещается волокнистый фильтроэлемент 4, который крепится через фланец 2 к корпусу туманоуловителя 1. Жидкость, осевшая на фильтроэлементе, стекает на нижний фланец 5 и затем через трубку гидрозатво­­ра 6 и стакан 7 сливается из фильтра.

Волокнистые низкоскоростные туманоуловители обеспечивают очень высокую эффективность очистки (до 0,999) газа от частиц размером менее 3 мкм и полностью улавливают частицы большего размера. Волокнистые слои формируются набивкой стекловолокна диаметром от 7 до 30 мкм или полимерных волокон (лавсан, ПВХ, полипропилен) диаметром от 12 до
40 мкм. Толщина слоя составляет 5–15 см.

На рис. 6 показана конструкция высокоскоростного волокнистого туманоуловителя с цилиндрическим фильтрующим элементом 1, который представляет собой перфорированный барабан с глухой крышкой. V_r = 2 – 2,5 м/с. В барабане установлен глубоко волокнистый войлок 2 толщиной 3–5 мм. Вокруг барабана по его внешней стороне расположен брызгоуловитель 3, представляющий собой набор перфорированных плоских и гофрированных слоев винипластовых лент. Брызгоуловитель и фильтроэлемент нижней частью установлены в слой жидкости. Высокоскоростные туманоуловители имеют меньшие габаритные размеры и обеспечивают эффективность очистки газа от тумана с частицами менее
3 мкм, равную 0,90–0,98 при Δ р =1500 – 2000 Па. В качестве фильтрующей набивки в таких туманоуловителях используются войлоки из полипропиленовых волокон, которые успешно работают в среде разбавленных и концентрированных кислот (H₂SO₄, HCl, HF, Н₃РО₄, HNO₃) и крепких щелочей.

Аппараты для улавливания паров и газов.Абсорберы.

Для высокоэффективного протекания процесса абсорбции применяют

различные абсорберы: насадочные башни, форсуночные, барботажно-пенные и другие скрубберы. Конструкция простейшей насадочной башни приведена на рис. 7. Загрязненный газ входит в нижнюю часть башни, а очищенный покидает ее через верхнюю, куда при помощи одного или нескольких разбрызгивателей вводят чистый абсорбент, а из низшей отбирают обработанный раствор.

Химически инертные насадки, заполняющие внутреннюю полость колонки, предназначены для увеличения поверхности жидкости, растекающейся по ней в виде пленки. В качестве насадок используют тела различной геометрической формы, выполненные из керамики, фарфора, пластмассы, металла.

Рис. 7. Фото и конструкция насадочной башни

Отработанный раствор, покидающий абсорбер, обычно подвергают регенерации, десорбируя загрязняющее вещество, возвращают в процесс или выводят в качестве отхода.

Хемосорберы. Метод хемосорбции основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых химических соединений. Примером хемосорбции может служить очистка газовоздушной смеси от сероводорода с приме­нением мышьяково-щелочного раствора. При этом сероводород связывается оксисульфомышьяковой солью, находящейся в водном растворе:

Na₄As₂O₂ + H₂S = Na₄As₂S₆O+ H₂O. (2)

Проводя регенерацию раствора, получают в качестве побочного продукта серу:

2Na₄As₂S₆O + О₆ = 2Na₄As₂S₅O₂ + S₂. (3)

Для реализации процесса хемосорбции используют те же аппараты, что и при абсорбции, – на­садочные башни, различные типы скрубберов.

Адсорберы. Метод адсорбции основан на способности некоторых тонкодисперсных тел селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты газовой смеси. Адсорбция подразделяется на физическую адсорбцию и хемосорбцию. При физической адсорбции молекулы газа прилипают к поверхности твердого тела под действием межмолекулярных сил притяжения, а при хемосорбции происходит химическое взаимодействие между адсорбентом и адсорбирующим веществом. Адсорберы применяют для очистки воздуха от паров растворителей, эфира, ацетона, различных углеводородов, сернистого ангидрида, па­ров ртути и т.д. В качестве адсорбентов, в зависимости от вида извлекаемого газа, применя­ют активированный уголь, авизированный глинозем, силикагель, синтетические цеолиты и другие вещества.