Распространение загрязнений в атмосфере

Вредные вешества, попадающие в атмосферу, растворяются в большом объеме воздуха и переносятся на значительные расстояния. В результате концентрация вредных веществ в воздухе уменьшается, но значительно возрастают объемы зон с загрязнением атмосферы.

На загрязнение атмосферы и распространение в ней вредных ве­ществ влияют метеорологические условия (горизонтальные и верти-, кальные перемещения воздуха, наличие облаков, туман, дождь, снег, температура и влажность).

Вследствие горизонтального перемещения воздуха (ветра) вред­ные вещества могут перемещаться на тысячи километров. При малой скорости ветра происходит скопление вредных веществ в небольшом объеме воздуха, что может привести к опасному увеличению концен­трации вблизи источника.

К таким же последствиям может привести температурная инверсия, связанная с вертикальными перемещениями воздуха.

Облачность, дождь, снег, повышенная влажность оказывают благоприятное действие на воздушную среду. Под действием осадков локализуется распространение атмосферных загрязнителей, они вымываются из атмосферы и выпадают на землю. В свою очередь, загрязняющие атмосферу аэрозоли могут служить эффективными ядрами конденсации водяных паров, что приводит к осадкам.

Обычный дождь интенсивностью 1мм осадков в час в течении 15мин удаляет из воздуха 30-50 % пылевидных частиц размером более 10 микрон. Под действием осадков из атмосферы вымываются и газообразные примеси, которые растворяются в воде или взаимодействуют с ней.

Таким образом, происходит процесс самоочищения атмосферы, особенность которого состоит в том, что он распространяется на значительные пространства.

Кроме перечисленных метеорологических факторов на распространение атмосферных загрязнителей оказывает влияние рельеф местности, леса и водоемы вблизи источников выброса, которые способствуют поглощению вредных веществ из атмосферы.

Города являются источниками тепла и могут создавать восходящие потоки воздуха, в результате чего над крупными промышленными центрами вредные вещества поднимаются на большую высоту, образуя «колпаки» из пыли и газов.

2.1.1. Классификация источников загрязнений

Источники загрязнений могут быть классифицированы по следующим принципам:

а) тип систем, из которых выбрасываются вредные вещества;

б) расположение источников в потоке ветра;

в) способ вывода в атмосферу;

г) температура выбрасываемой газовоздушной смеси;

д) режим работы во времени;

е) степень централизации;

ж) дальность распространения.

По типу системы источники делятся на технологические и вентиляционные.

К технологическим относятся хвостовые газы установок улавливания (адсорбции, рекуперации), выбросы при продувке, из воздушек аппаратов, утечки через неплотности оборудования и сальники. Характеризуются малыми объемами и высокими концентрациями, их как правило, нужно очищать.

Вентиляционные выбросы - выбросы механической и естественной общеобменной вентиляции и местной вытяжной вентиляции. Характеризуются большими объемами и низким содержанием вредных веществ. Выбросы от местных отсосов по своей характеристике при­ближаются к технологическим.

По расположению источники делятся на высокие и низкие.

Под эффективной высотой выброса (Н_э) понимают сумму геометрической высоты трубы (Н_тр) и высоты подъема струи (Ah) загрязненного воздуха над устьем источника под действием направленного вверх начального импульса струи и сил плавучести, возникающих из-за того, что плотность загрязненного воздуха, вытекающего из источника, меньше плотности окружающей среды.

Н_э = Н_тр + Ah.

К высоким (незатененным) источникам относятся точечные источники - трубы высотой более 3,5 высоты здания (Н_ЗД). При такой высоте можно пренебречь влиянием на распространение примесей деформации от потока ветра, вызванного строениями. На распространение вредных веществ также мало сказывается турбулентность потока, образующаяся при срывах у острых кромок здания, и определяющей является турбулентность самой атмосферы.

При эффективной высоте выброса в пределах 2,5Н_ЗД < Н_э < 3,5Н_ЗД имеет место переходная область. В этой области на распространение вредных веществ влияет атмосферная турбулентность и турбулентность за счет срыва потока ветра на кромках зданий.

К низким (затененным) источникам относятся такие, эффективная высота выброса из которых меньше высоты циркуляционной зоны, возникающей над и за зданием. В этом случае выброс загрязняет в первую очередь циркуляционную зону и максимальная концентрация вредного вещества наблюдается в пределах этой зоны.

Источники, расположенные в циркуляционной зоне, из которых воздух выходит, имея направленный вверх начальный импульс, в зависимости от скорости ветра могут оказаться низкими или высокими. Такие источники относятся к I группе.

При большой скорости подъем струи над устьем источника мал, и струя загрязненного воздуха сдувается потоком ветра в циркуляционную зону. В этом случае источник следует рассматривать как низкий. По мере уменьшения скорости подъем струи возрастает и при опреде­ленной скорости струя будет распределяться вне циркуляционной зоны. Таким образом, низкий источник при малых скоростях становится высоким, что имеет большое значение для охраны приземного слоя атмосферы от загрязнений.

При штиле в приземном слое концентрации вредных веществ, выбрасываемых из низких источников I группы, близки к нулю.

Ко II группе отнесены размещенные в циркуляционной зоне низкие выбросы, из которых загрязненный воздух с температурой, близкой к температуре окружающей среды, поступает в атмосферу, не имея направленного вверх начального импульса.

Выбросы II группы - низкие и не переходят при малых скоростях ветра в высокие. К этой группе относятся выбросы через трубы и крышные вентиляторы с колпаками, через неплотности открыто расположенного оборудования и трубопроводов. Такие источники наиболее опасны в отношении приземного слоя атмосферы при низких скоростях ветра.

По способу вывода загрязненного воздуха в атмосферу источники делятся на канализированные (организованные) и неканализированные (неорганизованные).

К канализированным выбросам относятся выбросы через трубы и шахты. К неканализированным - выбросы через фонари, выделение вредных веществ через неплотности оборудования, выбросы в результате отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки и хранения веществ, испарения с открытой поверхности жидкости.

Канализированные выбросы поддаются очистке и контролю. Неканализированные, как правило, не очищают, и контроль их затруднен.

По температуре газовоздушные смеси (ГВС) делятся на:

∙ сильно нагретые At = t_окр> 100 °С;

∙ нагретые 20 °С< At < 100°С;

∙ слабо нагретые 5 °С< At < 20 °С;

∙ изотермические At = 0;

∙ охлажденные At < 0.

К первой группе относятся дымовые газы, горящие факелы на НХЗ, выбросы из сушилок и др. оборудования, процессы в которых протекают при высоких температурах. Подъемная сила поднимает та­кие выбросы над устьем трубы, что способствует их рассеиванию.

Для предприятий химической промышленности характерны выбросы 2-4 групп.

Охлажденные ГВС попадают в атмосферу из оборудования, в котором поддерживается низкая температура; при истечении газов из оборудования, среда в котором находится под давлением и при низких температурах, из помещений с кондиционированием воздуха. Такие выбросы опускаются вниз и рассеиваются слабо. Аналогичное явление наблюдается при выбросе в атмосферу воздуха, загрязненного газами и парами с плотностью выше плотности воздуха.

По режиму работы выбросы делятся на:

• постоянно действующие с равномерным валовым выбросом или меняющимся по определенному закону (выбросы от технологического оборудования);

• периодические (продувка аппаратов);

• залповые, когда за короткий промежуток времени выбрасывается большое количество вредных веществ.

По степени централизации выбросы подразделяются на централизованные и децентрализованные.

В первом случае выброс собирается в одну или две трубы. Высокие централизованные выбросы обеспечивают чистоту воздуха на самой промплощадке и хорошее рассеивание в высоких слоях атмосферы.

Во втором случае от каждого агрегата устраивают самостоятельный выброс. При такой ситуации имеется большое число невысоких труб, выбросы из которых загрязняют приземный слой и затрудняет забор чистого воздуха для систем приточной вентиляции зданий.

К децентрализованным выбросам относят выбросы через фонари, воздушки от химических аппаратов и емкостей, утечки вредных газов и паров через неплотности оборудования, расположенного на заводских площадках.

Выбросы

2.2.1. Состав выбросов

Состав летучих промышленных выбросов так же разнообразен, как и источники и условия их образования. Приоритетными выбросами, которые заслуживают наиболее пристального внимания при контроле состояния воздушной среды, являются следующие: оксиды серы; оксиды азота; оксиды углерода; соединения фосфора (Р₂0₅, РН₃); соединения мышьяка (As₂0₃, As₂0₅); смолы различного происхождения; туманы кислот; дурнопахнущие вещества ДПВ (меркаптаны и сероводород); углеводороды (УВ), пары летучих органических растворителей ЛОР (бензин, бензол, спирты, толуол, сероуглерод); пары ртути; фтор и его соединения; хлор и его соединения; сажа; зола; возгоны и оксиды металлов, твердые частицы различного размера - от субмикронных до сотен микрон всевозможного химического состава и различной морфологии (компактные, хлопьевидные, волокнистые и т.д.).

Лишь некоторые из перечисленных выбросов однозначно связаны с источниками их выделения: пары ртути, возгоны и оксиды металлов, сажа.

Остальные выбросы могут быть продуктами многих процессов химической промышленности, энергетики, металлургии, машинострое­ния и пр.