Практичне заняття №2. Вибір та розрахунок споруд для очищення повітря

Атмосферне повітря – життєво важливий компонент навколишнього природного середовища, який являє собою природну суміш газів, що знаходиться за межами жилих, виробничих та інших приміщень.

Однією з особливостей атмосфери є її здатність до самоочищення. Самоочищення атмосферного повітря відбувається внаслідок сухого та мокрого випадання домішок, абсорбції їх земною поверхнею, поглинання рослинами, переробки бактеріями, мікроорганізмами та іншими шляхами. Садіння дерев та кущів сприяє очищенню повітря від пилу, оксидів вуглецю, діоксидів сірки та інших речовин. Найкращі поглинальні властивості стосовно діоксиду сірки має тополя, липа, ясен. Одне доросле дерево липи може акумулювати протягом доби десятки кілограмів діоксиду сірки, перетворюючи його в нешкідливу речовину. Велика роль в очищенні атмосферного повітря належить ґрунтовим бактеріям та мікроорганізмам. При температурі 15-35°С мікроорганізми переробляють на 1 м² до 81 тонни на добу оксидів та діоксидів вуглецю. Однак можливості природи щодо самоочищення мають обмеження, що слід враховувати при розробці нормативів ГДВ.

ГДВ (гранично допустимі викиди) — це маса викидів шкідливих речовин за одиницю часу від одного або сукупності джерел забруднення атмосфери міста чи іншого населеного пункту з урахуванням перспективи розвитку промислових підприємств і розсіювання шкідливих речовин в атмосфері, що створює приземну концентрацію, яка не перевищує гранично допустимі концентрації їх для населення, рослинного і тваринного світу, якщо немає більш жорстких екологічних вимог і обмежень. Одиниця виміру ГДВ грам на секунду (1 г/с) встановлюється для кожного джерела забруднення атмосфери за умови, що викиди шкідливих речовин від цього джерела і від сукупності інших джерел з урахуванням розсіювання їх в атмосфері не створять приземної концентрації шкідливих речовин, яка перевищить ГДК.

Викид – надходження в атмосферне повітря забруднюючих речовин або суміші таких речовин.

Забруднення атмосферного повітря – змінення складу і властивостей атмосферного повітря в результаті надходження або утворення в ньому фізичних, біологічних факторів і (або) хімічних сполук, що можуть несприятливо впливати на здоров'я людини та стан навколишнього природного середовища

Очищення повітря – видалення з повітря пилу, рідких та газоподібних шкідливих домішок. Очищають звичайно забруднене повітря, яке видаляють з виробничих об’єктів, повітря, що подається в приміщення або інші об’єкти системи припливної вентиляції і кондиціонування повітря, а також повітря, використане у технологічних процесах.

Способи очищення викидів в атмосферу від шкідливих речовин можна об'єднати в такі групи:

- очищення викидів від пилу та аерозолів шкідливих речовин;

- очищення викидів від газоподібних шкідливих речовин;

- зниження забруднення атмосфери вихлопними газами від двигунів внутрішнього згоряння транспортних засобів та стаціонарних установок;

- зниження забруднення атмосфери при транспортуванні, навантаженні і вивантаженні сипких вантажів.

Для очищення викидів від шкідливих речовин використовуються механічні, хімічні, фізичні, фізико-хімічні та комбіновані методи.

Механічні методи базуються на використанні сил ваги (гравітації), сил інерції, відцентрових сил, принципів сепарації, дифузії, захоплювання тощо.

Фізичні методи базуються на використанні електричних та електростатичних полів, охолодження, конденсації, кристалізації, поглинання шкідливих речовин.

У хімічних методах використовуються реакції окислення, нейтралізації, відновлення, каталізації, термоокислення.

Фізико-хімічні методи базуються на принципах сорбції (абсорбції, адсорбції, хемосорбції), коагуляції та флотації.

Ступінь забруднення повітря біля земної поверхні викидами промислових підприємств обумовлюється не тільки кількістю речовин, що викидаються, але й їх розподіленням в просторі і часі, а також параметрами виходу газово-повітряної суміші.

В атмосфері викинуті частинки рухаються завдяки молекулярній та турбулентній дифузії, інтенсивність яких визначається 2-ма факторами:

1) вектором швидкості вітру;

2) вертикальним температурним градієнтом.

 

Рис. 2.1. Розподіл концентрації шкідливих речовин в атмосфері при розсіюванні через високі димові труби

 

Кут α = 10°…15°.

Для того, щоб концентрація шкідливих речовин в приземному шарі атмосфери не перевищувала ГДК, пило-газові відходи підлягають розсіюванню в атмосфері через високі димові труби. При достатньо високій димовій трубі забруднення досягають приземного шару атмосфери на значній відстані від неї, коли вони вже встигають розсіюватися в атмосферному повітрі до допустимих концентрацій.

Основним документом, що регламентує розрахунок розсіювання і визначення приземних концентрацій викидів промислових підприємств є «Методика розрахунку концентрацій в атмосферному повітрі шкідливих речовин, що містяться у викидах підприємств». Шифр ОНД-86.

Згідно із цією методикою значення приземної концентрації шкідливої речовини при викиді газоповітряної суміші з одноствольної труби з круглим перерізом при несприятливих метеорологічних умовах визначається за формулою:

 

[мг/м³], (2.1)

 

де А – коефіцієнт, що залежить від температурного градієнта атмосфери (на території України 50-52° північної широти А =180, а південніше 50° А =200), с^2/3мг(°С)^1/3/г.

М – маса шкідливої речовини за одиницю часу, що викидається в атмосферу, г/с;

F – коефіцієнт, який враховує швидкість осідання шкідливих речовин (для газів F = 1; для пилу при ефективності очищення не менше 90% F = 2; від 75 до 90 % F = 2,5; без очищення чи з ефективністю очищення менше 75% F = 3);

m, n, d – безрозмірні коефіцієнти, які враховують умови виходу газоповітряної суміші;

h – коефіцієнт, що враховує вплив рельєфу місцевості (на рівній місцевості чи з перепадом висот h £ 50 м на відстані до 1 км h = 1);

Н – висота труби, м;

Q – потік газоповітряної суміші:

 

[м³/с], (2.2)

 

де v ₀ – швидкість виходу суміші, м/с;

D ₀ – діаметр труби, м.

D Т = t_г - t_п – різниця температур, °С;

t_г – температура газу, °С;

t_п – температура повітря, °С;

С_ф – фонова концентрація шкідливих речовин, мг/м³.

Значення коефіцієнтів m і n визначається в залежності від параметрів f, v_м, і f_e.

 

(2.3)

(2.4)

(2.5)

(2.6)

 

Коефіцієнт n визначається в залежності від f за формулами:

 

(2.7а)

(2.7б)

 

Для f_е < f < 100 значення коефіцієнта т обчислюється при f = f_e.

Коефіцієнт n визначається в залежності від v_м за формулами

 

n = 1 при v_м ³ 2; (2.8а)

(2.8б)

n = 4,4 v_м при v_м < 0,5. (2.8в)

 

Відстань від джерела викидів до того місця, де приземна концентрація шкідливих речовин буде максимальною визначається за формулою:

 

[м], (2.9)

 

де безрозмірний коефіцієнт d при f < 100 знаходиться за формулами:

 

(2.10а)

(2.10б)

(2.10в)

 

При f > 100 або DT» 0 значення d находиться за формулами:

 

(2.11а)

(2.11б)

(2.11в)

Таблиця 2.1 – ГДК шкідливих речовин у повітрі робочої зони та у атмосфері населених пунктів

Назва речовини	ГДК, мг/м^3	Клас небез-печності	Агрегатний стан
У повітрі робочої зони	У атмосфері населених пунктів
Максимально разова	Середньо- добова
Азоту двоокис NO2 Аміак Ангідрид сірчаний SO2 Ангідрид оцтовий Ангідрид фосфорний Ацетон Бензин (нафтовий, малосірчаний) Бензин (сланцевий) Бензол Бутан C4H8O Бутилацетат Водень хлористий (соляна кислота Н) Гексан C6H14 Дихлорфторметан (фреон) CHCl2F Кислота азотна HNO3 Кислота сірчана H2SO4 Кислота оцтова Ксилол Марганець і його сполуки Мідь (окис) Нафталін Нікель (розчинні солі) Озон Перхлоретилен Ртуть металева Сажа Свинець і його сполуки Сірководень (H2S) Спирт бутиловий Спирт ізобутиловий Спирт метиловий Спирт етиловий Сірковуглець (CS) Стирол Вуглець (оксид СО) Толуол Трихлорфторметан CCl3F Фенол Формальдегід Хлор Цинк (окис) Цемент Вапняк CaCO3 Пил (зерновий) Пил рослинного і тваринного походження: - з вмістом діоксиду кремнію 10% - те ж, від 2 до 10% - те ж, до 2% (пил борошна, бавовняно-паперовий, деревини)	- 0,3 0,005 0,1 - 0,01 0,01 0,3 0,5 0,5	0,085 0,2 0,5 0,1 0,15 0,35 0,05 1,5 0,1 0,2 0,4 0,8 0,2 0,2 - - 0,003 - 0,16 - - 0,15 - 0,008 0,1 0,1 1,0 0,03 0,003 0,6 0,01 0,035 0,1 - 0,3	0,085 0,2 0,05 0,03 0,05 0,35 1,5 0,05 0,8 - 0,1 0,2 - 0,4 0,1 0,06 0,2 0,01 0,02 0,003 0,0002 0,03 0,06 0,0003 0,05 0,0003 0,008 0,1 0,1 0,5 0,005 0,003 0,6 0,01 0,003 0,03 0,05 0,1		п п п п а п п п п п п п п п п а п п а а п а п п п а а п п п п п п п   п п п п п а а а а   а а   а

Примітка. а – аерозолі, п – пари і/або гази

 

 

Контрольні питання:

1. Дайте визначення поняттям «атмосферне повітря», «викид».

2. Що являє собою забруднення атмосферного повітря?

3. Що таке ГДВ?

4. У чому полягає очищення повітря?

5. Перерахуйте способи очищення викидів в атмосферу від шкідливих речовин.

6. Які існують методи очищення викидів від шкідливих речовин?

7. Чим обумовлюється ступінь забруднення повітря біля земної поверхні?

8. Опишіть механізм самоочищення атмосфери.