Нормативы допустимых физических воздействий

Нормативами шумового, вибрационного, электромагнитного и других физических воздействий на атмосферный воздуха являются нормативы, при соблюдении которого, вредное физическое воздействие от данного и ото всех других источников не приведет к превышению предельно допустимых уровней физических воздействий на атмосферный воздух.

Критерием установления для предприятия допустимых вредных физических воздействий на атмосферный воздух, является соблюдение нормативов качества атмосферного воздуха на границе санитарно-защитной зоны предприятия (предельно допустимых уровней физического воздействия).

 

Установление нормативов допустимого изъятия компонентов природной среды направлено на охрану и воспроизводство отдельных видов природных ресурсов, рациональное их использование, предотвращение деградации природных экологических систем.

 

Нормативы допустимой антропогенной нагрузки на окружающую среду устанавливаются для субъектов хозяйственной и иной деятельности в целях оценки и регулирования воздействия всех источников, расположенных в пределах конкретных территорий и (или) акваторий. При установлении нормативов допустимой антропогенной нагрузки на окружающую среду учитываются природные особенности конкретных территорий и (или) акваторий.

 

Классификация основных процессов, применяемых для защиты окружающей среды.

 

Инженерные методы защиты окружающей среды можно условно разделить на активные и пассивные.

Активные методы защиты окружающей среды представляют со­бой технологические решения по созданию ресурсосберегающих и малоотходных технологий.

Пассивные методы защиты окружающей среды делятся на две подгруппы:

· рациональное размещение источников загрязнения;

· ло­кализация источников загрязнения.

Рациональное размещение пред­полагает территориальное рациональное размещение объектов эко­номики, снижающее нагрузку на окружающую среду, а локализация по существу является средством снижения поступления загрязняющих веществ и вредных физических воздействий в окружающую среду. Локализация достигается приме­нением различных средозащитных технологий, технических систем и устройств.

Процессы и технологии, применяемые для защиты окружающей среды можно классифицировать в зависимости от основных законов, определяющих условия и скорости протекания этих процессов.

1.Гидромеханические процессы. Эти процессы подчиняются законам гидродинамики, науке о движении жидкостей и газов. К этим процессам относятся процессы разделения газовых и жидких неоднородных (гетерофазных) систем в поле сил тяжести, в поле центробежных сил, а также под действием разности давлений при движении через пористый слой.

Гидромеханические процессы применяются для очистки газовоздушных и водных потоков от взвешенных частиц (пыль, туман, взвесь, эмульсии):

· отстаивание (разделение под действием силы тяжести);

· центрифугирование (разделение под действием центробежных сил);

· фильтрация (разделение на пористых слоях).

 

2.Массообменные (диффузионные) процессы. Эти процессы характеризуются переносом одного или нескольких компонентов исходной смеси из одной фазы в другую через поверхность раздела фаз. Массообменные процессы описываются законами физической химии. К этой группе процессов относятся процессы адсорбции, абсорбции, ионный обмен, ректификации, экстракции, растворения, кристаллизации, сушки.

Массообменные процессы применяются для очистки газовоздушных и водных потоков от растворенных загрязняющих веществ (адсорбция, абсорбция, ректификация, экстракция).

 

3.Химические процессы. Эти процессы описываются законами химической кинетики и термодинамики. Однако химическим процессам обычно сопутствуют процессы переноса массы и энергии и, соответственно, скорость их протекания зависит также от гидродинамических, массообменных и тепловых процессов.

Химические процессы обычно применяются для обезвреживания загрязняющих веществ, снижение их опасности для окружающей среды за счет образования новых веществ, с менее опасными свойствами.

 

4.Тепловые процессы. Скорость протекания этих процессов описывается законами теплопередачи – науки о способах распространения тепловой энергии. Таким процессами являются – нагревание, охлаждение, выпаривание, конденсация. Скорость тепловых процессов в значительной степени зависит от гидродинамических условий, при которых осуществляется перенос тепловой энергии между средами.

Тепловые процессы обычно применяются для обезвреживания (сжигания) отходов или их термической переработки, а также в качестве вспомогательных процессов при подготовке отходов к утилизации (сушка).

Биохимические процес­сы. В основе данных процессов лежат каталитические ферментативные реак­ции биохимического превращения веществ в процессе жизнедеятель­ности микроорганизмов, характеризуются протеканием биохимиче­ских реакций и синтезом веществ на уровне живой клетки. Движущая сила этих процессов — энергетический уровень (потен­циал) живых организмов.

Биохимические процессы применяются при очистке сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора, а также при переработке ряда органических отходов.

В отдельную группу выделяют процессы защиты от энергетиче­ских воздействий, в основном базирующиеся на принципах отраже­ния и поглощения избыточной энергии основных технологических процессов природопользования. Важное место в охране и защите ок­ружающей среды занимают методы и способы защиты от энергетиче­ских воздействий, включая защиту от акустического загрязнения (шума, инфра- и ультразвука, вибрационных колебаний), обеспече­ние защиты от электромагнитных полей и излучений (постоянных и переменных электрических и магнитных полей, изучений оптическо­го диапазона, ионизирующих излучений).

 

 

Гидромеханические процессы

 

К гидромеханическим процессам, используемым для очистки выбросов и сбросов от нерастворимых в них загрязняющих веществ относятся:

· отстаивание в поле сил тяжести (гравитационное разделение);

· разделение в поле центробежных сил (центрифугирование);

· разделение на пористых слоях (фильтрация).

 

Гравитационное разделение

Процессы гравитационного разделения используются для очистки водных и газовоздушных потоков от взвешенных частиц твердой или жидкой фазы под действием силы тяжести.

Частица массой (m)начинает двигаться в среде под действием силы тяжести если ее плотность (rч) отличается от плотности среды (r). Сила (Fос), под действием которой частица начинает двигаться, равняется разности между весом (Р) и выталкивающей силой (Fв). Для шарообразной частицы:

 

(2.1)

 

Если выталкивающая сила меньше веса частицы (r_ч>r), частица осаждается, если наоборот – частица всплывает.

Скорость движения частицы (w) первоначально возрастает согласно закону равноускоренного движения:

(2.2)

При движении частицы в среде возникает обратно направленная сила сопротивления среды (Fс), которая уменьшает ее ускорение:

(2.3)

где z - коэффициент сопротивления среды, зависящий от режима обтекания частицы средой (ламинарный, переходный или турбулентный);

S – площадь проекции тела на плоскость, перпендикулярную направлению движения.

Для шарообразной частицы:

(2.4)

За счет сопротивления среды ускорение частицы становится равным нулю и частица начинает двигаться с постоянной скоростью, которая определяется из равенства:

 

F_ос = F_с

 

(2.5)

 

Коэффициент сопротивления (x) зависит от режима движения частицы (ламинарный, переходный или турбулентный) и определяется значением критерия Рейнольдса (Re):

 

(2.6)

где m - кинематическая вязкость газа, Па/с

При значении Re < 2 (ламинарный режим)

 

При значении Re от 2 до 500 (переходный режим)

 

При значении Re больше 500 (турбулентный режим) значение постоянно и равно 0,44.

 

Для расчета значения Re при неизвестной скорости осаждения частицы пользуются зависимость, предложенную Н.В. Лященко:

, (2.7)

где Ar – критерий Архимеда:

 

(2.8)

 

Рассчитав по уравнению Лященко значение критерия Re можно определить скорость осаждения шарообразной частицы:

Скорости осаждения (всплытия) частиц нешарообразной формы (w’) будут меньше. Для определения скоростей осаждения (всплытия) используют поправочный коэффициент (коэффициент формы) j:

 

w’ = w×j (2.9)

 

Значения коэффициента j<1 и его определяют опытным путем.

К примеру:

j» 0,77	для частиц округлой формы
j» 0,66	для частиц угловатой формы
j» 0,58	для продолговатых частиц
j» 0,43	для пластинчатых частиц

 

Для частиц нешарообразной формы определяющим линейным размером в критерии Re служит диаметр эквивалентного шара (dэ), равный диаметру шара, имеющего тот же объем, что и данная частица:

 

(2.10)

 

m – масса частицы

 

В реальных условиях, когда происходит осаждение (всплытие) множества частиц, скорость совместного движения частиц будет меньше, чем скорость движения отдельной, изолированной частицы. Причина – взаимодействие частиц и торможение их обратным потоком вытесняемой объемом частиц среды (газа или жидкости).

Скорость стесненного движения (w_ст) зависит от объемной доли среды в системе (e):

 

(2.11)

 

где Vc, Vф – соответственно, объемы среды и осаждаемой фазы.

 

Для определения скорости стесненного осаждения (всплытия) используют интерполяционное уравнение, полученное при обобщении опытных данных:

 

(2.12)

 

Затем по рассчитанному значению критерия Re определяют скорость стесненного движения.

 

Скорость осаждения взвешенных частиц является основным параметром, используемым для расчета геометрических размеров аппаратов для очистки газовых и жидкостных потоков от взвешенных частиц (пылеосадительные камеры и отстойники) (рисунок 2.1).

 

 

 

Рисунок 2.1.

 

Продолжительность прохождения газа через осадительную камеру при его равномерном распределении по сечению равна:

 

(2.13)

где Vк,Vг – соответственно, объем камеры (м3) и объемный расход газа (м³/с);

L – длина камеры, м;

B – ширина камеры, м;

H – высота камеры, м.

За это же время под действием силы тяжести частица пройдет путь:

(2.14)

где w – скорость осаждения частицы, м/с.

 

Чтобы частица успела осесть в пылеосадительной камере, должно соблюдаться условие:

h ³ H

 

Фракционная эффективность пылеосадительных камер (эффективность улавливания частиц определенных размеров) зависит от соотношения h/H. Если величина h больше или равна по величине Н, то частицы будут улавливаться в камере. Эффективность улавливания частиц данного размера можно выразить в виде:

 

(2.15)

 

wi – скорость осаждения частиц диаметром di.