Экобиозащитная техника (ЗБТ)

2.3.1. Классификация средств ЭБТ и основы их применения. Основными направлениями защиты от техногенных НФ являются: 1) снижение массы вредных веществ и интенсивности энергетических воздействий за счет совершенствования технологии и производственного оборудования с наиболее радикальным решением в виде безотходных технологий и систем оборотного водоснабжения; 2). локализация НФ, т.е. ограничение их действия определенными пределами; 3) рассеивание и разбавление вредных и токсических веществ с помощью дымовых труб и рассеивающих выпусков; 4) очистка производственных выбросов и стоков; 5) обезвреживание (а при наличии болезнетворных микроорганизмов и обеззараживание) сбросов и выбросов; 6) повышение защищенности человека за счет СИЗ. Из перечисленных направлений, а точнее - применяемых при этом средств к объектам ЭБТ можно отнести только средства локализации, очистки и обезвреживания. Кроме того, в ЭБТ входят специфические средства защиты литосферы, обеспечивающие сбор, транспортировку, хранение и захоронение, утилизацию и ликвидацию твердых отходов. Применяемые методы защиты и конструкция конкретных образцов ЗБТ прежде всего зависят от фазового состояния удаляемых или обезвреживаемых НФ и характеристик среды, в которую они поступают, т.е. характеристик атмосферы, гидросферы и литосферы. Существенными особенностями отличаются методы и средства защиты от энергетических НФ. Определяющим фактором в данном случае является Физическая природа воздействия. Средства зашиты от шума резко отличаются от таких же средств при воздействии вибрации. Для акустических факторов, когда их распространение идет в основном через воздушную среду, в основу защитных средств положены одни и те же методы и сходные технические решения. В одну общую группу можно выделить и средства защиты от производственных излучений, главными из которых являются экраны, хотя свои существенные особенности будут у каждого вида излучений.

Таким образом, классификация ЭБТ строится с учетом области их применения, физической природы НФ и назначений средств ЭБТ. Классификация ЭБТ, учитывающая эти требования, представлена на рис. 11.

Рис. 11. Классификация средств экобиозащитной техники

К основным характеристикам средств очистки и обезвреживания примесей относятся показатели их производительности в объемах очищаемых газов или стоков в единицу времени и эффективности, которая определяется по формуле

η = (М₁ – М₂)/М₁ = (V'C₁ - V"C₂)/V'C₁, (25)

где М - масса примеси соответственно до и после очистки (обезвреживания); VC - объем выбросов (стоков) и их концентрация соответственно до и после очистки, энергопотребления и т.д. Учитываются возможности средств ЭБТ по удалению (обезвреживанию) конкретных НФ, диапазон температур, необходимых для эффективного функционирования средств, надежность конструкции, сложность управления, которой определяются требования к квалификации обслуживающего персонала и т.д.

Применение принципа адекватности для средств рассеивания выбросов в конечном счете сводится к определению требуемой высоты трубы. Разумеется, при этом должны учитываться факторы, определяющие рассеивание выбросов: температурная стратификация, роза ветров и их скорость, рельеф местности и т.д. При выборе средств ПГО необходимо найти такое решение, которое учитывало бы массу и дисперсный состав выбросов, их влагосодержание и температуру, а также еще целый ряд характеристик: электропроводность, абразивность и адгезивность, гидрофильность (гидрофобность) и т.д.

Разумеется, учитываются производительность и эффективность средств, энергопотребление и сложность в управлении, класс опасности вредных веществ и уровень фонового загрязнения. Более сложным является учет социально-экономической целесообразности. Экономическую целесообразность можно определить, сравнивая ущерб от трудопотерь и затрат на лечение, обусловленных воздействием данных НФ, и расходов на установку и эксплуатацию средств ЭБТ, обеспечивающих защиту от этих НФ. Оценка социальной целесообразности пока что не имеет четкой методики. Используются при этом изменения биологического возраста, средней продолжительности жизни, текучесть кадров, удовлетворенность своей работой (выявляется методом опроса) и т.д.

2.3.2. Аппараты, и системы локализации, очистки и обезвреживания выбросов. В основе этих аппаратов и систем лежат следующие методы: инерционного и гравитационного осаждения и отделения, фильтраций, ионизации с последующим осаждением ионов, адсорбции, хемосорбции, катализа и термической нейтрализации. Перечисленные методы изучались студентами в дисциплине "Экология". Классификация аппаратов и систем для локализации, очистки и обезвреживания выбросов в самом общем виде представлена на рис. 11. Более детальная классификация, учитывающая требования ОНД-90 [27], включает в себя устройства локализации, инерционные средства ПГО, фильтры, электрофильтры, мокрые пылеуловители, катализаторы и устройства термической нейтрализации. При этом только средствами очистки воздуха являются инерционные средства ПГО, фильтры и электрофильтры; мокрые пылеуловители применяются для очистки и обезвреживания выбросов; средства катализа и термической нейтрализации решают прежде всего задачу обезвреживания вредных токсических веществ. Ниже приводится краткая характеристика этих средств.

1. Устройства локализации выбросов применяют для удаления загрязненного воздуха рабочей зоны с последующей его очисткой или рассеиванием. Эти средства представлены двумя типами отсосов - открытых и полных укрытий. Отсосы открытого типа устанавливаются за пределами источников выбросов и не обеспечивают изоляцию последних. Они представляют собой расположенные соосно с источником выделения вытяжные зонты и панели; при расположении ниже источников выделения - щелевые и кольцевые отсосы. Если при этом применяется плоская приточная струя воздуха для отделения воздушной среды помещения от источника загрязнения, то такие отсосы называют активированными. Вторая группа отсосов обеспечивает изоляцию воздуха рабочих мест от выбросов и включает вытяжные шкафы и камеры и фасонные укрытия (кожухи-воздухоприемники, пылестружкоприемники и встроенные отсосы). Применяются и переносные отсосы для меняющих свое место источников выбросов (например, переносной отсос для электросварки крупногабаритных панелей).

2. Инерционные (и гравитационные) установки включают пылевые камеры, циклоны, роторные пылеуловители. Принцип действия пылевых камер заключается в гравитационном освоении примесей размерами больше 100 мкм при резком снижении скорости движения воздушного потока (менее 0,5 м/с). Достоинством пылеосадительных камер является возможность очистки горячих и агрессивных выбросов с эффективностью очистки 80...90%, недостатками - большие размеры камер и очистка лишь крупнодисперсных примесей. Циклоны являются одними из самых распространенных средств ПГО. Отделение пыли обеспечивается тангенциальным подводом очищаемой струи газа в верхнюю часть аппарата, ее вращательно-поступательным движением со скоростью 1,7...4,5 м/с и поворотом на 180˚ в нижней части аппарата. В различных типах циклонов эффективность очистки колеблется от 83 до 95%, допустимая входная концентрация пыли достигает 250...1000 г/м³. Достоинствами циклонов являются отсутствие движущихся частей, возможность очистки горячих (до 400˚С) газов; недостатками - большое гидравлическое сопротивление на входе и низкий эффект очистки мелкодисперсных пылей.

3. В вихревых пылеуловителях (ВПУ) помимо внутреннего закрученного потока очищаемого газа (движение его создается специальными соплами или лопатками в форме розетки) тангенциально подается встречный поток атмосферного воздуха ("вторичный газ"). К преимуществам ВПУ относятся большая производительность (до 315000 м³/ч); высокая эффективность очистки - 86% для частиц d > 5 мкм и 96% для частиц d > 40 мкм; способность устойчиво работать в диапазоне концентраций пыли от 0 до 300 г/м³. Однако, у ВПУ сложная конструкция, они менее надежны в работе, чем, например, циклоны.

4. Фильтры применяются для очистки атмосферного воздуха и технологических газов, в том числе агрессивных и взрывоопасных, при концентрации пыли от 0 до 80 г/м³. Обычные заводские фильтры могут работать при t до 140˚С, фильтры из стеклотканей - до t ≤ 230°С. Различают фильтры с гибкими и жесткими перегородками и фильтры с насыщенным неподвижным или движущимся слоем (их еще называют зернистыми фильтрами). Материалом для гибких перегородок служат ткани, войлок, нетканые волокнистые материалы, пенополиуретан и т.д. Регенерация фильтрующего материала проводится механическим воздействием (встряхиванием) или обратной посекционной (поэлементной) струйной или импульсной продувкой. Для такой очистки в РФ применяют фильтры из тонкого - 0,2...1 мм слоя полимерных смол - фильтры Петрянова (ФП). Эффективность ФП достигает 99,9%, но у них - узкий диапазон рабочих t - всего до 70°С. В полужестких фильтрах Фильтрующим материалом являются слои волокон, стружки и т.д. Эти фильтры просты в изготовлении, дешевы в эксплуатации, но эффективны лишь для очистки частиц d > 15-20 мкм. В жестких фильтрах используются керамика, спрессованные порошки металлов, проволочные сетки и т.д. Жесткие фильтры выдерживают t до 800°С, не боятся химических и агрессивных сред. Их эффективность и размер удаляемых частиц зависят от материала фильтрующего элемента: фактическая ультрафильтрация в керамических фильтрах и удаление лишь крупнодисперсных пылей проволочными сетками. Зернистые фильтры могут иметь неподвижные и подвижные слои загрузки. Они применяются для очистки крупных примесей, фильтрующим элементом в них может быть песок, гравий, шлак и т.д. Зернистые фильтры дешевы, эффективны, просты в эксплуатации, но имеют большое гидравлическое сопротивление и сложную регенерацию (обратной промывкой растворами и паром и т.д.).

5. Электрофильтры применяются для очистки технологических выбросов с концентрациями пыли до 50 г/м³ и d от 1 до 100 мкм. Они способны работать при температурах до 800°С с эффективностью очистки до 99%. В РФ электрофильтрами очищается около 50% всех отходящих газов. Конструктивно электрофильтры бывают трубчатыми и пластинчатыми. Применяют и двухзонные электрофильтры, в которых высокое U в первой зоне обеспечивает ионизацию, а во второй зоне U=7 кВ обеспечивает осаждение ионов. Недостатком электрофильтров является невозможность их применения для очистки взрывоопасных смесей.

6. Мокрые пылеуловители (далее - мокрые ПГО) применяются для очистки выбросов, нуждающихся в охлаждении, содержащих брызги и туманы. В группу мокрых ПГО входят полые, насадочные и скоростные газопромыватели, пенно-барботажные аппараты, газопромыватели ударного действия и центробежного типа. Мокрые ПГО являются высокоэффективными устройствами для очистки мелкодисперсных пылей с d = 0,3...1 мкм, горячих и взрывоопасных выбросов. Однако в процессе очистки в них образуется шлак, что требует специальных систем для его переработки; ряд мокрых ПГО чувствителен к неравномерной подаче газов, ненадежен в эксплуатации (например, пенно-барботажные аппараты). К полым газопромывателям относятся форсуночные скрубберы (противоточные, прямоточные и с поперечным подводом жидкости), представляющие собой колонны, в которых очищаемый газ орошается водой из форсунок по ходу движения газа, против хода движения и перпендикулярно ему. Эффективность очистки в них падает при d примесей < 5 мкм. Насадочные газопромыватели применяются при гидрофильной пыли низкой концентрации. Их эффективность при d ≥ 2 мкм превышает 90%. В пенно-барботажных аппаратах перпендикулярно движению газовой струи устанавливаются тарелки с отверстиями от 3 до 8 мм, на которые подается вода. При прохождении газа образуется пена, с которой уносятся частицы примесей, эффективность очистки высокая, но при неравномерности подачи газа возможен сдув пены или "проваливание" жидкости. При стабилизации пенного слоя сотовыми решетками производительность аппарата может быть увеличена до 90000 м³/ч. Газопромыватели ударно-инерционного типа обеспечивают удар газового потока о поверхность жидкости при изменении направления движения у зеркала воды на 180°. В газопромывателях центробежного типа для удаления нецементирующейся пыли помимо орошения смеси применяется вращательно-поступательное движение газа, создаваемое его тангенциальным подводом или центрально расположенными лопаточными завихрителями (аналогично ВПУ). Наибольшей производительностью отличаются скоростные газопромыватели. Они бывают 3-х типов: а) с центральными форсунками; б) с периферийным и пленочным орошением и в) подводом жидкости за счет энергии самого потока. В последнем случае за счет сужения воздуховода увеличивают скорость движения газовой струи до 60...150 м/с, что вызывает распыление подведенной к сужению воды (эффект пульверизатора).

Очистка от парогазовых загрязнений веществ с высокой растворимостью в воде (сотни г/л) обеспечивается любым мокрым ПГО. При низкой растворимости (доли г/л) подбираются специальные растворители, применяются методы адсорбции и хемосорбции. Конструктивно адсорберы выполняются в виде вертикальных, горизонтальных и кольцевых емкостей, заполненных адсорбентом. При неподвижном слое адсорбента процесс очистки периодический, с перерывами для регенерации; при подвижном слое применяется непрерывный процесс. В этом случае в системе предусматривается узел десорбции для регенерации адсорбента.

7. Устройства обезвреживания выбросов используют методы хемосорбции, катализа и термической нейтрализации. Технические средства дли хемосорбции аналогичны установкам для других видов сорбции, рассмотренных выше. Меняется только химический состав сорбента и снижаются требования к утилизации и обезвреживанию шлама.

Каталитический процесс требует правильного выбора катализатора, обеспечения максимального контакта его поверхности с газовым потоком и создания необходимых температурных условий. В основе выбора катализаторов лежат эмпирические данные. Катализаторам могут быть металлы (платина, палладий и др.) и их соединения (MnO, ChO и т.д.). Масса катализатора наносится на поверхность шаров, спиралей и колец, выполненных из нихрома, никеля, оксида алюминия, и составляет сотые % к их массе. Нижний предел температур, при котором начинается каталитическая реакция для 14 наиболее важных вредностей, составляет 170...400˚С, верхний предел - 230...800°С. Реактор для катализа может размещаться в отдельном помещении, а может функционировать вместе с нагревателем (каталитические и термокаталитические реакторы). Только устройствами для катализа обеспечивается снижение выбросов автотранспорта, доля которых в выбросах составляет 80% в США, в РФ - около 13%.

Устройства термической нейтрализации представлены:

а) установками факельного сжигания горючих отходов (цианистого водорода, метилизоцианата и др.);

б) устройствами термического окисления, в которых одновременно с очищаемыми выбросами к горелкам теплообменников подводится атмосферный воздух, а при необходимости - дополнительное горючее веществе (например, природный газ);

в) термокаталитическими реакторами, в которых одновременно реализуется термическое и каталитическое обезвреживание вредных и токсических веществ.

Помимо средств локализации, очистки и обезвреживания выбросов, чьи характеристики приведены выше, применяются и биохимические методы газоочистки, средствами реализации которых являются биофильтры и биоскрубберы. В биофильтрах очищаемый газ пропускают через орошаемый водой слой фильтра-насадки из почвы, торфа, компоста или синтетических материалов. В биоскрубберах абсорбентом служит водяная суспензия активного ила. Из-за небольшой скорости биохимических реакций устанавливается промежуточная емкость, в которой при t = 25...35˚С и рН = 6,5...8,5 обеспечивается биохимическое окисление вредных веществ.

Более подробно описание ЭБТ и характеристики ее конкретных образцов приведены в справочниках по средствам защиты в охране труда и окружающей среды. Существенную помощь при выборе образцов ЭБТ обеспечивает сопоставление некоторых характеристик примесей и возможностей средств ПГО. На рис. 12 представлены данные по дисперсному составу примесей в технологических газах и рекомендуемые при этом средства ПГО.

2.3.3. Аппараты и системы очистки сточных вод. Первый этап очистки сточных вод заключается в удалении взвешенных частиц, для чего используются методы процеживания, отстаивания и фильтрации и соответствующие средства ЭБТ. Для очистки от менее крупных примесей и растворенных веществ на втором этапе применяется большой перечень физико-химических, химических, электрохимических и ряда других методов и средств. В результате очистки производственных стоков образуется шлам-взвесь мелкодисперсных осадков сточных вод, который в свою очередь требует обезвреживания и утилизации. Особую группу средств очистки сточных вод представляют устройства, основанные на способности микроорганизмов использовать органические и некоторые неорганические вещества (например, H₂S и NH₃) для своего питания, - биохимические средства очистки.

Ниже в соответствии с классификацией (см. рис. 11) дается краткая характеристика средств очистки и обезвреживания сточных вод (СВ).

К средствам механической очистки относятся средства процеживания, отстаивания и Фильтрации. Первые из них представлены подвижными или неподвижными решетками из металлических стержней круглого или прямоугольного (квадратного) сечения с зазором 5...25 мм, ситами для улавливания частиц d > 0,5...1 мм и фракционаторами, в которых дополнительной сеткой с ячейками 60...100 мкм осадок делят на 2 фракции. Полученный при процеживании шлам направляется на переработку или на дробилки.

В РФ широкое распространение получили отстойники (горизонтальные, вертикальные и радиальные) и песколовки. Горизонтальные отстойники имеют глубину h = 1,5...4 м, их длина равна 8...12 h, производительность достигает 15000 м³/сут., эффективность очистки до 60%. Вертикальные отстойники представляют собой железобетонные цилиндры(h = 4,5 м, скорость движения СВ - Vс = 0,5...0,8 м/с), в которых примеси осаждаются в восходящем потоке, а очищенные СВ удаляются через кольцевые водосборники; эффективность очистки 40...50%. В радиальных отстойниках СВ движутся от центра к периферии, h = 1,5...5 м, d достигает 60 м, производительность 20000 м³/сут., эффективность очистки - 60%. Скорость осаждения примесей и эффективность очистки в отстойниках можно повысить за счет уменьшения слоя жидкости (трубчатые и пластинчатые отстойники), ее подогрева для уменьшения вязкости и применения коагулянтов и флокулянтов. Песколовки имеют глубину до 1 м, Vс в них должна быть не более 0,3 м/с. Производительность очистки - 60%.

Рис. 12. Схема соответствия возможностей средств ПГО гранулометрическому составу пыли

К группе средств механической очистки также относятся аппараты, в которых удаление примесей обеспечивается центробежными силами, - гидроциклоны и центрифуги. Так, для удаления нефти и всплывающих веществ применяются открытые гидроциклоны (Vс < 0,2 м/с), а для удаления химических веществ - центрифуги.

Фильтры для очистки СВ делятся на медленные (через пленку) и скоростные (через слой загрузки). Конструктивно они выполняются в виде металлических сеток с перегородками из ткали, стекловолокна, асбеста, керамики. В зернистых фильтрах в качестве слоя загрузки используют кварц, песок, шлак. В медленных зернистых фильтрах Vс = 0,1...0,2 м/с, концентрация примесей 25...50 мг/л и высокая эффективность очистки; в скоростных фильтрах h слоя загрузки 0,5...2 мм, Vс = 15...20 м/с. Регенерация зернистых фильтров проводится обратным током воды. В микрофильтрах барабанного типа диаметр ячеек 40...70 мкм, Vс = 25 м/с, эффективность очистки 50...60%.

В машиностроении для удаления ферромагнитных примесей применяют магнитные сепараторы с Vс = 50 м/с и эффективностью очистки до 90%. Для очистки от масел и жиров используется вспененный полиуретан, при этом Vс = 0,01 м/с и эффективность очистки достигает 90%. Регенерация полиуретана легко обеспечивается отжиманием на валках.

Из физико-химических методов очистки наибольшее распространение получили флотация, ионообименнфя очистка, адсорбция и экстракция. Флотация основана на прилипании гидрофобных частиц к пузырькам воздуха. Выделение воздуха из воды обеспечивается ваку-умированием до 225...300 мм рт.ст., механическим диопергированием воздуха импеллерами, пенно-барботажными устройствами, напорной, химической и биологической флотацией. Установки для флотации включают емкости для насыщения СВ воздухом (при напорной флотации) или аэраторы и другие флотационные камеры при прочих способах получения пузырьков, а также собственно флотаторы. Флотация применяется для очистки от нерастворимых диспергированных ВВ и ПАВ. Ионообменная очистка обеспечивает удаление Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, As и РВ за счет обмена ионами с твердой фазой естественных ионитов (цеолитов, слюды, шпата) и синтетических (силикагелей, перматитов) и органических ионообменных смол (гуминовых кислот, сульфоуглей). Установки для такой очистки представляют собой листы или плиты из ионообменных материалов, расположенные перпендикулярно движению СВ. Экстракция заключается в разделении жидких или твердых веществ с помощью растворителей (экстрагентов). Она применяется для очистки СВ от фенолов, масел, органических кислот с концентрацией до 4 г/л. Конструктивно устройство для экстракции представляет собой смеситель и отстойник. Устройства для адсорбации аналогичны адсорберам для очистки выбросов (см. п.п. 2.3.2).

Из химических и электрохимических методов очистки широкое распространение получили реакции нейтрализации, окисления и восстановления, а также коагуляция и флокуляция. Наиболее выгодна нейтрализация смешиванием кислых и щелочных СВ, а при ее невозможности нейтрализация обеспечивается добавлением реагентов, хемосорбций и фильтрацией через нейтрализующие материалы. Для реакции окисления применяются N₂O₂, KMnO₄, O₃ и др. Применение О₃ или озонирование эффективно при обезвреживании цианидов и тяжелых металлов. В состав установок входят генераторы О₃ и адсорберы. Восстановление применяется для обезвреживания Cr и As, для чего используются гидразин, барогидрат натрия, сульфид железа. Из электрохимических методов для обезвреживания цианидов применяется анодное окисление; при катодном восстановлении СВ очищаются от ионов Hg, Pb, Cu и Cd путем их осаждения в виде нерастворимых сульфидов. Процесс коагуляции состоит в агрегировании дисперсных частиц до крупных хлопьев с последующим их осаждением при добавлении в раствор солей Al и Fe. Более активно такой процесс идет при добавлении флокулянтов - частиц крахмала, декстрина и целлюлозы. Конструктивно устройства для коагуляции и флокуляции представляют собой систему из смесителя и отстойника.

Биохимические средства очистки СВ применяют чаще всего для удаления и обезвреживания органических загрязнений. В их основе лежат ферментативные реакции микроорганизмов, для которых необходимы определенная t (20...3О˚С), достаточное содержание O₂ в СВ и присутствие биогенных элементов и микроэлементов (N, S, P, K, Na, Ca, CL, Mn и т.д.) Высокие и низкие t, низкое содержание О₂ и недостаток биогенных элементов и микроэлементов резко уменьшают эффективность биохимической очистки или полностью останавливают ее. Она может проводиться в природных условиях - на полях орошения и в биологических прудах, в искусственных сооружениях (аэротенках и метантенках) и с помощью биологических фильтров.

Поля орошения представляют собой специально подготовленные земельные участки, куда после физико-химической очистки могут сбрасываться СВ. Почва этих полей содержит большое число микроорганизмов и простейших, что обеспечивает интенсивное окисление органических и некоторых неорганических примесей и превращение их в минеральные соединения. После завершения этого процесса поля орошения используют для выращивания зерновых культур, трав и овощей. Если они используются только для биологической очистки, их называют полями фильтрации.

Биологические пруды представляют 3...5-ступенчатый каскад, куда сбрасываются СВ после их очистки на предприятиях. При небольшой глубине (до 1 м) в таких прудах обеспечивается естественная аэрация, в случае большей глубины применяется искусственная аэрация.

Аэротенками называют открытые железобетонные аэрируемые резервуары, куда подается смесь СВ и активного ила. На поверхности активного ила идет адсорбция органических веществ и минерализация легкоокисляющихся соединений, требующая высокого содержания О₂. Затем идет доокисление органики и регенерация активного ила.

Метантенки представляют собой резервуары вместимостью до нескольких тысяч м³ для биологической обработки при t = 30...55°С органического осадка СВ. При этом выделяются газы, содержащие 83...85% метана и 32...24% CO₂. Метан сжигают в топках. Данный способ широко принят в странах, имеющих ограниченные запасы нефти и газа.

Биофильтр представляет собой резервуар с двойным дном, наполненный крупнозернистым фильтрующим материалом. При проходе через этот материал СВ с органическими примесями образуют биологическую пленку, минерализирующую органические вещества. Имеется большое число конструкций биофильтров, которые различаются по естественной и искусственной подаче воздуха, рециркуляции СВ и т.д.

Помимо рассмотренных выше средств механической, физико-химической и биохимической очистки в последние годы разработаны новые типы обезвреживания газов и СВ на основе процессов химии высоких энергий. К ним относят радиационную очистку с помощью ускоренных электронов и плазмохимическое обезвреживание вредных и токсических веществ. В первом случае воздействие ускоренных электронов вызывает радиолиз токсических веществ и превращение их в нетокосичные. Ускоренные электроны обеспечивает образование свободных радикалов и ионов, обладающих как сильными окислительными, так и восстановительными свойствами, что делает этот метод универсальным и высокоэффективным. В установки, реализующие этот метод, должны входить ускорители электронов и реакционные камеры, а также СЗ от ИР.

Плазмохимическая переработка использует низкотемпературную плазму (Т ≤ 10⁵ К), образующуюся при воздействии на вещество электрических разрядов, СВЧ и лазерных излучений. Глазным конструктивным элементом установок являются плазмотроны (например, высокочастотные или дуговые), в которых вредные примеси испаряются, ионизируются и обезвреживаются.

2.3.4. Средства защиты от энергетических загрязнений. Ниже приводятся краткие характеристика СЗ от акустических факторов, вибраций и некоторых производственных излучений.

СЗ от акустических факторов (инфразвука, шума и ультразвука) в основном предназначены для защиты от шума. Защита от шума включает снижение его интенсивности в источнике, объемно-планировочные решения, защиту временем и расстоянием, применением СИЗ и уменьшением шума на путях его распространения. СЗ от шума решают эту последнюю задачу. Они подразделяются на средства а) звукоизоляции б) звукопоглощения и в) глушители шума. Средства звукоизоляции уменьшают проникновение шума в изолируемые помещения или его проникновение из шумных помещений в менее шумные и на прилегающую территорию. Применяемые при этом конструкции в основном отражают звук и отчасти его пропускают и поглощают. К звукопоглотителям относят материалы с коэффициентом поглощения α >0,3. Известны 3 основных механизма поглощения звука и соответственно 3 типа звукопоглотителей: а) пористые и б) мембранные звукопоглотители и в) объемные резонаторы. В пористых поглотителях из минеральной ваты, войлока, пенопласта и т.д. звуковая энергия переходит в тепловую за счет трения между колеблющимися молекулами воздуха и стенками пор. Наиболее эффективны эти звукопоглотители при высокочастотном шуме. (рис. 13а).

Рис. 13. Частотная характеристика пористых(а) и мембранных (б) звукопоглотителей и объемных резонаторов (в), Кз – коэффициент звукопоглощения

Мембранные поглотители представляют собой гибкие листы или панели из фанеры, ДСП и т.д., в которых звуковая энергия переходит в тепло из-за сопротивления мембраны гибкому изгибу при воздействии шума (рис. 13б). Наибольший эффект у таких поглотителей в области низких резонансных частот. Объемные резонаторы (рис. 13в) отличаются высоким Кз в очень узкой полосе частот. Звукопоглотители в виде перфорированных панелей из фанеры, ДСП, листовой штукатурки сочетаются все 3 механизма поглощения звука. При небольшой высоте помещения звукопоглощающую облицовку лучше размещать на потолке, в длинных и высоких помещениях - на стенах. Площадь облицованных поверхностей должна быть не менее половины общей площади ограждающих конструкций.

Для акустической обработки помещений с высокими требованиями к их акустике (например, сурдокамер) применяют штучные звукопоглотители в виде кубов, конусов, параллелепипедов, а также звукопоглощающие кулисы. Снижение уровня шума при этом составляет 5...8 дБ.

Более эффективным являются звукоизолирующие конструкции, представленные акустическими экранами, звукоизолирующими кожухами и ограждениями. Звукоизолирующие кожухи изготовляют из стали, дюралюминия, пластмасс. Они полностью закрывают источник шума и снижают интенсивность низкочастотного шума на 20...30, а высокочастотного на 40...50 дБ. Высокими звукоизолирующими свойствами обладают практически все строительные конструкции. Кирпичные и бетонные перекрытия, стены и перегородки снижают шума на 40...50 дБ. Их изолирующая способность пропорциональная толщине конструкции и ее поверхностной плотности, а при массивных стенах шум удается снизить на 55...60 дБ. Частотная характеристика строительных конструкций зависит также от их формы - плоской или цилиндрической. Наиболее уязвимым местом при звукоизоляции являются оконные проемы, вентиляционные отверстия и воздуховоды, для звукоизоляции которых в последнее время разработаны высокоэффективные пленочные материалы.

При невозможности снижения уровня шума с помощью звукоизолирующих кожухов (при размещении источника шума и РМ в одном помещении) применяются акустические экраны, т.е. преграды ограниченных размеров между источником шума и РМ. Их применение рекомендовано в случае превышения не менее чем на 10 дБ шума экранируемого источника сравнительно с шумом от других источников. Кроме того, эффективность таких экранов резко уменьшается при длительной (более 4с) реверберации, т.е. многократном отражении звука от ограждающих конструкций. Линейные размеры экрана должны не меньше чем в 3 раза превышать размеры источника. Наиболее целесообразной для этих экранов является П-образная форма.

Глушители шума подразделяются на активные, реактивные и комбинированные. Первые представляют собой трубы круглого или прямоугольного сечения, облицованные звукопоглощающим материалом, или наборы звукопоглощающих пластин, установленных в воздуховодах параллельно или перпендикулярно направлению движения воздуха, или перфорированные металлические цилиндры, заполненные керамзитовой крошкой. Активные глушители применяют в компрессорах, вентиляторах и газотурбинных установках. Реактивные глушители - это внезапное расширение участка трубопровода, рассчитанного для заданных частоты и скорости звука, боковые или концентрические резонаторы и экранные глушители на выходе из канала в атмосферу или на входе в канал. Кроме того, существуют и комбинированные глушители (например, экранные или камерные со звукопоглощающей облицовкой).

Для защиты от инфразвука применяются интерференционные глушители, выполенные в виде отводов в воздухопроводах, смещающих волну звука по фазе, и глушители камерного или резонаторного типа. Недостатком последних являются большие размеры (из-за большой длины волн инфразвука). Средства защиты от ультразвука те же, что и от высокочастотного шума.

СЗ от вибраций включают средства виброгашения, виброизоляции и вибродемпфирования.

Виброгашение обеспечивается увеличением жесткости и массы корпуса машин за счет их объединения с фундаментом. При этом отношение скорости колебаний машины относительно скорости колебаний всей системы равно отношению массы машины к массе системы (машина + фундамент), а это означает резкое гашение виброскорости. Вторым методом виброгашения является антифазная синхронизация динамических и ударных виброгасителей с колебаниями источника вибраций. Для этого применяют пружинные, маятниковые, эксцентриковые и гидравлические виброгасители, которые устанавливают в противофазе на вибрирующем агрегате. Для гашения вибраций в узком диапазоне частот применяют ударные виброгасители: маятниковые - для f=0,4...2 Гц, пружинные - для f=2...10 Гц и плавающие - для f>10 Гц.

Виброизоляция, являющая наиболее распространенным методом виброзащиты, может применяться как для виброизоляции оборудования, так и для виброизоляции РМ оператора. Она основана на использовании пружин для изоляции низких частот и упругих прокладок для изоляции высокочастотных вибраций. Комбинированная виброизоляция обеспечивает защиту во всем спектре частот. Сейчас применяются 2 варианта виброизоляции машин и оборудования - опорный и подвесной. В первом случае виброизоляторы устанавливаются между машиной и основанием, а во втором случае изолируемый объект подвешивается на виброизоляторах, укрепленных выше подошвы фундамента.

Вибродемпфирующие покрытия и конструкции обеспечивают перевод энергии вибрации в тепловую. Вибродемпфирующие свойства материалов определяются величиной коэффициента потерь - Кп. Чем выше Кп, тем больше рассеивание энергии вибраций. Слой вибродемпфирующий материалов (например, сплавов никеля с медью, кобальтом или титаном, пластмассы, резины, текстолита) наносят на колеблющиеся объекты. Жесткие покрытия при воздействии вибраций деформируются в направлении, параллельном поверхности с Кп - 0,15...0,40, мягкие покрытия - по толщине, с Кп - 0,05...0,5.

СЗ от производственных излучений определяются физическими свойствами последних. Для защиты от тепловых излучений применяются теплоизоляция источников и теплоизолирующие экраны, которые отражают лучистое тепло (например, экраны из полированного алюминия и стали), поглощают (например, экраны с теплоизоляцией из асбеста и вертимулита) и отводят тепло (экраны с водяным охлаждением). Нагретые СВ охлаждаются в градирнях атмосферным воздухом.

СЗ от лазерного излучения помимо большого набора СИЗ органа зрения представлены оградительными кожухами и экранами. Особое значение СЗ приобретают для лазеров, использующих излучения светового диапазона.

Защиту от электромагнитных излучений студенты детально изучают в дисциплине "Экология". Для обсуживающего персонала РЛС решающее значение имеют своевременно применение СИЗ и использование поглотителей мощности (аттенюаторов) при настройке и ремонте РСЛ. Широко применяется и экранирование электромагнитных полей плоскими экранами и оболочками. Материалами для экранов являются латунные и стальные сетки для сантиметровых и метровых волн, фольга, токопроводящие краски и материалы с металлизированной поверхностью. Для экранирования смотровых и оконных проемов используются стекло с токопроводящей поверхностью и сотовые решетки.

Средства защиты от ионизирующих излучений рассмотрены выше (см. п.п. 2.2.7.).

2.3.5. Сбор, утилизация и захоронение твердых и жидких отходов. Громадные объемы производственных отходов (только от горнодобывающей промышленности более 3 млрд. м³/год), постоянно расширяющаяся площадь плодородной земли под отвалами вскрышных пород, терриконами шахт и золо- и шлакохранилищами ТЭС требуют решения проблемы их сбора и утилизации. Методы и средства утилизации и ликвидации отходов зависят от их токсичности, физического и химического состава и объемов. Наиболее значительная по объему (свыше 60%) часть твердых отходов - инертные и малоразлагающиеся вещества используются для планировочных работ. Перспективным направлением их утилизации является использование в строительстве, которое пока осваивает не более 10% отходов ТЭС, 4% - угольной промышленности и 25% - цветной металлургии. Более эффективно используются металлические отходы. Для которых предусмотрены сбор и сортировка в месте их образования с последующими технической обработкой (пакетированием и брикетированием с помощью соответствующего оборудования) и отправкой на металлургические заводы. Сравнительно просто - сжиганием ликвидируются масложироподобные вещества. Оставшиеся виды отходов можно разделить на 4 группы: а) токсичные твердые и б) жидкие отходы; в) легко разлагающиеся органические и бытовые отходы; г) радиоактивные отходы (РО).

Для сбора, обезвреживания и захоронения твердых токсичных отходов созданы специальные полигоны. Отправке на эти полигоны подлежат: отходы, содержащие As, Zn, Su, Ni, Pb и другие токсические вещества; использованные органические растворители, не подлежащие регенерации нефтепродукты; неисправные и отработавшие срок ртутные лампы и т.д. Нельзя отправлять на полигоны отходы, из которых можно извлечь ценные металлы, подлежащие регенерации нефтепродукты и РО. На полигонах проводится термическое обезжиривание с утилизацией теплоты, демеркуризация ламп с утилизацией ртути и т.д. Не подлежащие утилизации токсические вещества собирают в герметичные контейнеры с последующим их захоронением. Для полигонов установлены санитарно-защитные зоны: 1000 или 500 м при обезвреживании более или менее 100000 т отходов в год и 300 м для участков захоронения.

Основу жидких отходов представляют осадки СВ. Перед их отправкой на утилизацию осадки подвергают уплотнению в отстойниках-уплотнителях, установках напорной флотации и т.д. После уплотнения для разрушения разлагаемой части органики проводят стабилизацию осадков, т.е. их длительное (8...11 суток) аэрирование в аэротенках. Затем для разрушения коллоидов и обезжиривания проводят кондиционирование осадков с помощью когулянтов (или флокулянтов) или тепловую их обработку в автоклавах в течение 1 ч при t= 170...200˚С. Перед заключительным технологическим этапом осадки обезвоживают на иловых площадках-уплотнителях, вакуум-фильтрах или центрифугах. Обезвреживание осадков также проводится сжиганием в кипящем слое при t=500...780˚С или захоронением в герметичных контейнерах аналогично твердым токсичным отходам.

Бытовые и легко разлагающиеся органические отходы вывозят на свалки. И хотя бытовых отходов в РФ в 2...2,5 раза меньше, чем в США, их объем превышает 30 млн. т/год. Они сбрасываются в мусоропроводы или в мусорные контейнеры, откуда на спецавтотранспорте (с устройством для прессования) с периодичностью 1...7 раз в неделю вывозятся на свалки. На Западе нередко используют удаляемые с мусором пластмассовые мешки, а также системы пневмо- и гидротранспорта отходов в исходном или измельченном виде непосредственно с места образования мусора. Правда, последний способ увеличивает расходы на сбор и удаление отходов почти в 3 раза. Экономически выгодной является сортировка данной группы отходов с последующей утилизацией горючих веществ и материалов (резины, кожи, бумаги и т.д.). Утилизация проводится в котлах-утилизаторах или устройствах для пиролиза и получения жидкого топлива, работающих при t до 850°С. Получаемая при этом прибыль достигает 10...13 долларов на 1 т отходов. В последние десятилетия в РФ применяется термическая переработка бытовых и органических отходов на мусоросжигающих заводах (такие заводы есть в Москве, Санкт-Петербурге и других городах). Сжигают бытовые отходы и на свалках. Однако такой способ утилизации очень дорог (по данным США, до 2000 долларов на тонну) и сопровождается выбросом в атмосферу Zn, Su, Cd, Pb и других токсических веществ. Сжигание мусора на свалках приводит к загрязнению атмосферы диоксином, одним из наиболее опасных химсоединений, способствующих развитию злокачественных опухолей.

Повсеместное применение РВ в промпроизводотве (в КИП, средствах медицинской диагностики и лечения и т.д.), а особенно в атомной промышленности и энергетике, потребовало разработки средств сбора, транспортировки и захоронения РО. В настоящее время разработаны безопасные упаковочные комплекты для сбора и транспортировки РО автомобильным и железнодорожным транспортом. Перед транспортировкой их концентрируют и уплотняют, загрязненные горючие вещества ожигают и собирают золу, металлические конструкции прессуют. Для перевозки используют специальные автомобили, цистерны и вагоны.

Твердые РО делят на 3 категории активности: I < 1•10^-5 Ки/л; II - 1•10^-5...1 Ки/л; III > 1 Ки/л. РО I категории опасны только при попадании внутрь организма; II - нуждаются в экранировании; III - нуждаются в мощной радиационной защите и охлаждении. В РФ твердые РО подвергают уплотнению и остеклованию в заводских условиях с последующим их захоронением в выработанных угольных шахтах.

За рубежом применяется захоронение в пластах глины на глубине до 300 м, скальных породах на глубине до 500 м и в слоистой соли и соляных куполах. Опыт более чем 25-летнего такого хранения РО и расчеты показывают, что эти методы захоронения обеспечивают изоляцию РО в течение сотен тысяч лат.

Поиск по сайту: