Техногенные опасности и защита от них. 2

Министерство  образования и  науки РФ

Федеральное агентство по образованию

БАШКИРСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНЖЕНЕРНЫЙ  ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА «МАШИНЫ И АППАРАТЫ ТЕКСТИЛЬНОЙ  И ЛЕГКОЙ ПРЛОМЫШЛЕННОСТИ» 
 
 

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ: 

ТЕХНОГЕННЫЕ ОПАСНОСТИ И ЗАЩИТА ОТ НИХ 
 

Уфа 2011 

     ВВЕДЕНИЕ

     Загрязнение среды обитания вредными веществами неуклонно снижает качество потребляемых продуктов питания, воды, воздуха, способствует попаданию в организм человека вредных  веществ, что, в свою очередь, сопровождается ростом числа отравлений и заболеваний, сокращением продолжительности  жизни, ростом детской патологии  и младенческой смертности.

     Здоровье населения ухудшается на 70% из-за низкого качества окружающей среды и продуктов питания; при этом ежегодно от экологических заболеваний на планете умирает 1,6 млн.человек.

     Качество  среды обитания - это степень соответствия параметров среды потребностям людей  и других живых организмов, причём техносфера не должна по качеству значительно отличаться от природной среды.

     Техносфера - совокупность элементов среды в пределах географической оболочки Земли, созданных из природных веществ трудом и сознательной волей человека и не имеющих аналогов в девственной природе.

     При проектировании техносферы по условиям безопасности должны быть обеспечены: 
- комфорт в зонах жизнедеятельности; 
- правильное расположение зон пребывания человека и источников опасности; 
- сокращение размеров опасных зон; 
- применение экобиозащитной техники; 
- применение средств индивидуальной защиты. 
 

1.Экобиозащитная техника

     Если  совершенствование технических  систем не удаётся обеспечить предельно  допустимые воздействия на человека в зоне его пребывания, то необходимо применять экобиозащитную технику:

- аппараты и  системы очистки выбросов; 
- устройства для очистки и нейтрализации жидких отходов; 
- защитные экраны и др.

     Системы экобиозащиты на технических объектах и в технологических процессах обладают приоритетом ввода в эксплуатацию и средствами контроля режима работы.

     Безопасная  и экологичная эксплуатация технических средств и производств реализуется при соответствии квалификации и психофизических характеристик оператора требованиям разработчика технической системы и при соблюдении оператором норм и требований безопасности и экологичности.

     Этапы решения конкретных задач безопасности: идентификация (подробный анализ) опасностей, присущих каждой конкретной деятельности; разработка мероприятий по защите человека и среды обитания от выявленных опасностей; разработка мер ликвидации последствий реализации опасности. 

     1.1.Аппараты и системы очистки выбросов

     Методы  очистки промышленных выбросов от газообразных примесей по характеру протекания физико-химических процессов делятся на четыре группы: промывка выбросов растворителями примеси (метод абсорбции); промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически (метод хемосорбции); поглощение газообразных примесей твердыми активными веществами (метод адсорбции); поглощение примесей путем применения каталитического превращения.

     1.1.1.Метод абсорбции

     Абсорбцией  называется перенос компонентов  газовой смеси в объем соприкасающейся  с ней конденсированной фазы. При  абсорбции происходит избирательное  поглощение одного или нескольких компонентов  из газовой смеси жидкими поглотителями.

     Этот  метод заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов этой смеси поглотителем (называемым абсорбентом) с образованием раствора. Физическая сущность процесса абсорбции объясняется так называемой пленочной теорией, согласно которой при соприкосновении жидких и газообразных веществ на поверхности раздела обеих фаз образуется жидкостная и газовая пленки.

     Для удаления из технологических выбросов таких газов, как аммиак, хлористый  или фтористый водород, целесообразно  применять в качестве поглотительной жидкости воду, так как растворимость  их в воде составляет сотни граммов  на 1 кг Н2О. В некоторых специальных  случаях вместо воды применяют водные растворы таких химических веществ, как серная кислота (для улавливания  водяных паров), вязкие масла (для  улавливания ароматических углеводородов  из коксового газа) и др.

     В зависимости от конкретных задач  применяются абсорберы различных  конструкций. Наибольшее распространение получили скрубберы, представляющие собой насадку 1 размещенную в полости вертикальной колонны (рис. 1). В качестве насадки, обеспечивающей большую поверхность контакта газа с жидкостью, обычно используются кольца Рашига, кольца с перфорированными стенками и др. Материалы для изготовления насадки (керамика, фарфор, уголь, пластмассы, металлы) выбираются исходя из соображений антикоррозионной устойчивости. Орошение колонн абсорбентом осуществляется при помощи одного или нескольких разбрызгивателей 2.

     Рис. 1. Орошаемый скруббер-абсорбер с  насадкой 

     Большое распространение получили башни  с колпачковыми тарелками. На рис. 2 изображена схема устройства тарельчатого абсорбера, в котором вместо насадки установлено несколько тарелок 1. Каждая тарелка снабжена колпачками 2 с зубчатыми краями, патрубками 3 и переливными трубками 4. Абсорбент в этих аппаратах стекает от тарелки к тарелке по переливным вертикальным трубкам. Очищаемый газ движется снизу вверх в направлении, указанном стрелками, барботируя через слой жидкости. При прохождении между зубцами колпачков газ разбивается на множество струек и пузырьков, в результате чего образуется большая поверхность соприкосновения взаимодействующих веществ. Иногда вместо колпачковых тарелок применяются перфорированные пластины с большим количеством мелких отверстий (диаметр около 6 мм), которые создают пузырьки газа одинаковой формы и размера. Более мелкие отверстия затрудняют стекание промывной жидкости, особенно при значительных расходах газа.

     Рис. 2. Схема тарельчатого абсорбера 

     Расчет  абсорбера состоит в определении  объемного расхода поглотительной жидкости Qa, необходимой поверхности F соприкосновения газа с жидкостью и параметров вспомогательной аппаратуры (мощность насосов, размер баков и т. П.).

     1.1.2. Метод хемосорбции

     Основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых химических соединений. Большинство реакций, протекающих в процессе хемосорбции, являются экзотермическими и обратимыми, поэтому при повышении температуры раствора образующееся химическое соединение разлагается с выделением исходных элементов.

     Поглотительная  способность хемосорбента почти не зависит от давления, поэтому хемосорбция более выгодна при небольшой концентрации вредностей в отходящих газах.

     Примером  хемосорбции может служить очистка  газовоздушной смеси от сероводорода путем применения мышьяковощелочного, этаноламинового и других растворов. При мышьяковощелочном методе извлекаемый из отходящего газа сероводород связывается оксисульфомышьяковой солью, находящейся в водном растворе по реакции

     Na4As2S5O2+H2S=Na4As2S6O+Н2О 

     Регенерация раствора производится окислением кислорода, содержащегося в очищаемом воздухе:

     Na4As2S6O+1/2О2=Na4As2S5O2+S2

     В этом случае в качестве побочного  продукта получается сера.

     Методы  абсорбции и хемосорбции, применяемые  для очистки промышленных выбросов, называются мокрыми методами. Преимущество абсорбционных методов заключается  в возможности экономической  очистки большого количества газов  и осуществления непрерывных  технологических процессов. Основной недостаток мокрых методов состоит  в том, что перед очисткой и  после ее осуществления сильно понижается температура газов, что приводит в конечном итоге к снижению эффективности  рассеивания остаточных газов в  атмосфере.

     1.1.3. Метод адсорбции

     Основан на физических свойствах некоторых, твердых тел с ультрамикроскопической структурой селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой смеси. В пористых телах с капиллярной структурой поверхностное поглощение дополняется капиллярной конденсацией.

     Наиболее  широко в качестве адсорбента используется активированный уголь. Он применяется  для очистки газов от органических паров, удаления неприятных запахов  и газообразных примесей, содержащихся в незначительных количествах в промышленных выбросах, а также летучих растворителей и целого ряда других газов. В качестве адсорбентов применяются также простые и комплексные оксиды (активированный глинозем, силикагель, активированный оксид алюминия, синтетические цеолиты или молекулярные сита), которые обладают большей селективной способностью, чем активированные угли. Однако они не могут использоваться для очистки очень влажных газов. Некоторые адсорбенты иногда пропитываются соответствующими реактивами, повышающими эффективность адсорбции, так как на поверхности адсорбента происходит хемосорбция. В качестве таких реактивов могут быть использованы растворы, которые за счет химических реакций превращают вредную примесь в безвредную.

     Конструктивно адсорберы выполняются в виде вертикальных, горизонтальных либо кольцевых  емкостей, заполненных пористым адсорбентом, через который фильтруется поток  очищаемого газа. Выбор конструкции  определяется скоростью газовой  смеси, размером частиц адсорбента, требуемой  степенью очистки и рядом других факторов. Вертикальные адсорберы, как  правило, находят применение при  небольших объемах очищаемого газа; горизонтальные и кольцевые - при  высокой производительности, достигающей десятков и сотен тысяч м³/ч.

     На  рис. 3 представлена схема адсорбционной установки для удаления SO₂ из горячего топочного газа. Основным агрегатом установки служит адсорбер 1, который заполнен древесным активированным углем. Горячий топочный газ проходит теплообменник 2, подогревает воздух, поступающий в топку, и подается в нижнюю часть адсорбера, где при температуре 150-200° С происходит улавливание SO2. Очищенный дымовой газ выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу. Адсорбент после насыщения переводится в десорбер 5, где с помощью подогревателя 3 поддерживается температура 300-600° С. Богатый оксидом серы газ выводится из десорбера и может быть полезно использован. Регенерированный адсорбент поступает в бункер 4 и затем с помощью ковшового элеватора поступает в верхнюю часть адсорбера.

     Рис. 3. Адсорбционная установка для  удаления SO2 из горячего топочного газа

     1.1.4. Каталитический метод

     Этим  методом превращают токсичные компоненты промышленных выбросов в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды путем введения в систему  дополнительных веществ, называемых катализаторами. Каталитические методы основаны на взаимодействии удаляемых веществ с одним  из компонентов, присутствующих в очищаемом  газе, или со специально добавляемым  в смесь веществом на твердых  катализаторах. Действие катализаторов  проявляется в промежуточном (поверхностном) химическом взаимодействии катализатора с реагирующими соединениями, в результате которого образуются промежуточные  вещества и регенерированный катализатор.

     В большинстве случаев катализаторами могут быть металлы или их соединения (платина и металлы платинового  ряда, оксиды меди и марганца и т. д.). Для осуществления каталитического  процесса необходимы незначительные количества катализатора, расположенного таким образом, чтобы обеспечить максимальную поверхность контакта с газовым потоком. Катализаторы обычно выполняются в виде шаров, колец или проволоки, свитой в спираль. Катализатор может состоять из смеси неблагородных металлов с добавкой платины и палладия (сотые доли % к массе катализатора), нанесенных в виде активной пленки на нихромовую проволоку, свитую в спираль.

     Объем катализаторной массы определяется исходя из максимальной скорости обезвреживания газа, которая в свою очередь зависит  от природы и концентрации вредных  веществ в отходящем газе, температуры  и давления каталитического процесса и активности катализатора.

     Для поддержания необходимой температуры  газа иногда к нему подмешивают (особенно в пусковой период) продукты сгорания от вспомогательной горелки, работающей на каком-либо высококалорийном топливе. На рис. 4 представлен каталитический реактор, предназначенный для окисления  толуола, содержащегося в газовоздушных выбросах цехов окраски. Воздух, содержащий примеси толуола, подогревается в межтрубном пространстве теплообменника - рекуператора 1, откуда по переходным каналам он поступает в подогреватель 4. Продукты сгорания природного газа, сжигаемого в горелках 5, смешиваются с воздухом, повышая его температуру до 250-350° С, т. е. до уровня, обеспечивающего оптимальную скорость окисления толуола на поверхности катализатора. Процесс химического превращения происходит на поверхности катализатора 3, размещенного в контактном устройстве 2. В качестве катализатора применена природная марганцевая руда (пиромзит) в виде гранул размером 2-5 мм, про-мотированных азотнокислым палладием. В результате окисления толуола образуются нетоксичные продукты: оксид углерода и водяные пары. Смесь воздуха и продуктов реакции при температуре 350-450° С направляется в рекуператор 1, где отдает тепло газовоздушному потоку, идущему на очистку, и затем через выходной патрубок выводится в атмосферу. Эффективность очистки такого реактора составляет 95-98% при расходе вспомогательного топлива (природного газа) 3,5-4,0 м3 на 1000 м3 очищаемого воздуха. Гидравлическое сопротивление реактора при номинальной нагрузке (800-900 м3/ч) не превышает 150-180 Па. Скорость процесса находится в пределах от 8000 до 10000 объемов на объем катализаторной массы в 1 ч.

     Рис. 4. Каталитический реактор 

     В последние годы каталитические методы очистки нашли применение для  нейтрализации выхлопных газов  автомобилей. Для комплексной очистки  выхлопных газов - окисления продуктов  неполного сгорания и восстановления оксида азота -применяют двухступенчатый каталитический нейтрализатор (рис. 5). Установка состоит из последовательно соединенных восстановительного 2 и окислительного 4 катализаторов. Отработавшие газы через патрубок 1 поступают к восстановительному катализатору 2, на котором происходит нейтрализация оксидов азота.

     После восстановительного катализатора к  отработавшим газам для создания окислительной среды через патрубок 3 подводится вторичный воздух. На окислительном  катализаторе происходит нейтрализация  продуктов неполного сгорания - оксида углерода и углеводородов.

     Рис. 5. Двухступенчатый каталитический нейтрализатор  

     1.1.5. Термический метод

     Достаточно  большое развитие в отечественной  практике нейтрализации вредных  примесей, содержащихся в вентиляционных и других выбросах, имеет высокотемпературное  дожигание (термическая нейтрализация). Для осуществления дожигании (реакций окисления) необходимо поддержание высоких температур очищаемого газа и наличие достаточного количества кислорода. Выбор схемы дожигания зависит от температуры и количества выбросов, а также от содержания в них вредных примесей, кислорода и других компонентов. Если выбросные газы имеют высокую температуру, процесс дожигания происходит в камере с подмешиванием свежего воздуха. Так, например, происходит дожигание оксида углерода в газах, удаляемых системой вентиляции от электродуговых плавильных печей, дожигание продуктов неполного сгорания (СО и СХНУ) автомобильного двигателя непосредственно на выходе из цилиндров в условиях добавки избыточного воздуха.

     Если  температура выбросов недостаточна для протекания окислительных процессов, то в потоке отходящих газов сжигают  природный или какой-либо другой высококалорийный газ. Одним из простейших устройств, используемых для огневого обезвреживания технологических и  вентиляционных выбросов, является горелка, предназначенная для сжигания природного газа (рис. 6). Обезвреживаемые выбросы  в этом случае подаются в канал 1, где они омывают горелку 2. Из коллектора 3 газ, служащий топливом, поступает  в сопла, при истечении из которых  инжектируется первичный воздух из окружающей среды. Горение смеси  газа с первичным воздухом осуществляется в V-образной полости коллектора. Процесс  догорания происходит на выходе из полости, где хвостовая часть  факела контактирует с обезвреживаемыми выбросами при их истечении из кольцевой щели между корпусом горелки  и коллектора.

     Рис. 6. Установка для огневого обезвреживания технологических и вентиляционных выбросов

     1.1.6. Рассеивание выбросов в атмосфере 

     На  процесс рассеивания выбросов существенное влияние оказывают:

     -     состояние атмосферы;

     -     расположение предприятий и источников выбросов;

     -     характер местность;

     -     физические и химические свойства выбрасываемых веществ;

     -     высота источника выброса;

     -     диаметр устья источника выброса и некоторые другие факторы.

     Горизонтальное  перемещение примесей определяется, в основном, скоростью ветра, а  вертикальное — распределением температур в вертикальном направлении.

     Газовые выбросы на определенном расстоянии от трубы достигают земли. Приземная  концентрация быстро растет до максимальной величины и затем по мере удаления от трубы медленно убывает. Максимальная концентрация прямо пропорциональна производительности  источника и обратно пропорциональна квадрату его высоты над землей. Повышение температуры и момента количества движения выбрасываемых газов приводит к увеличению подъемной силы и снижению их приземной концентрации.

     При выбросах через высокие трубы  или при факельном выбросе  в условиях безветрия рассеивание  вредных веществ происходит, главным образом, под действием вертикальных потоков. Разбавление вдоль оси струи пропорционально средней скорости ветра V_m на высоте  струи. Вместе с тем с увеличением V_m уменьшается высота факела над устьем трубы. Поэтому для источников выбросов вводят понятие опасной скорости ветра, при которой приземные концентрации имеют наибольшие значения. Для того, чтобы предотвратить это явление, скорость газа W_г должна вдвое превышать опасную скорость ветра на уровне горловины трубы.

     Основным  документом, регламентирующим расчет рассеивания и определения приземных  концентраций выбросов промышленных предприятий является «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86».

     Кроме формул для точечных источников, в  ОНД-86 даны формулы для расчета  приземных концентраций от низких и  наземных  источников, от площадных источников, а также приведен специальный раздел для определения приземных концентраций на площадке в зонах аэродинамических теней, создаваемых зданиями. 

     1.2. Устройства для очистки и нейтрализации жидких отходов

     К нарушениям качества воды относится: 
- изменение температурного режима; 
- изменение окраски; 
- изменение минерального состава; 
- снижение кислорода; 
- наличие возбудителей заболеваний; 
- наличие ядовитых веществ; 
- изменение вкуса и запаха; 
- наличие плавающих примесей; 
- наличие взвешенных веществ и др.

     На  предприятиях металлургической и машиностроительной промышленности одной из основных категорий  сточных вод являются маслосодержащие стоки.

     По  концентрации основного загрязнения (масла) они делятся на малоконцентрированные и концентрированные. Малоконцентрированные стоки образуются при промывке металлических изделий после их термической обработки и после расконсервирования.

     Концентрированные сточные воды содержат масел до 50 г/л. Это отработанные смазочно-охлаждающие  жидкости (СОЖ), а также отработанные моющие растворы, представляющие собой  стойкие эмульсии типа “масло в  воде”.

     Технологические схемы очистки маслосодержащих  сточных вод в нашей стране и за рубежом предусматривают  смешивание всех видов маслосодержащих  сточных вод, их отстаивание для  удаления грубодисперсных и всплывающих  примесей, обработку коагулянтами и  обезвоживание образующихся осадков.

     Основным  недостатком таких схем очистки  являются большие затраты коагулянтов  и образование значительных количеств  осадков, для обезвоживания которых  требуется дополнительный расход коагулянтов  с целью снижения содержания в  них масел. Практика показывает, что  раздельная обработка коагулянтами малоканцентрированных и концентрированных сточных вод требует меньших затрат коагулянтов и сопровождается образованием меньших объемов осадков.

     Основное  количество концентрированных маслоэмульсионных сточных вод на предприятиях машиностроения и металлообработки сбрасывается в виде отработанных СОЖ.

     Регенерация отработанных СОЖ, заключающаяся в  удалении из них посторонних примесей, позволяет возвращать их в производство, достигая тем самым экономии минеральных  масел и других компонентов, входящих в состав эмульсолов. Кроме того, предотвращаются затраты на приготовление, складирование и перевозку новых партий эмульсола. Регенерацию отработанных СОЖ следует проводить следующим образом. Отработанную СОЖ направляют в сборный резервуар и отстаивают в нем для отделения взвеси и всплывающего масла в течение 6 ч. Для удаления тонкой взвеси СОЖ затем подают на фильтр-транспортер с бумажной лентой, после чего она поступает в емкость для регенерации. В эту емкость подают эмульсол-пасту (смесь эмульсола с водой в соотношении 1: 1), воду и раствор бактерицидного вещества. При необходимости в регенерируемую СОЖ вводят антикоррозионные добавки (NaNO2 в дозе 1 г/л) и соду из расчета 0,2 - 0,3 % (по массе). Смесь перемешивают сжатым воздухом в течение 10 мин, отстаивают в течение 60 мин, удаляют всплывшее масло и возвращают в производство для дальнейшего использования. Однако регенерация отработанной СОЖ возможна только в том случае, если в 1 мл жидкости содержится менее 100 млн. бактерий. В противном случае отработанная СОЖ подлежит сбросу на очистные сооружения.     Отечественная промышленность выпускает большое количество эмульсолов различных марок, которые значительно отличаются по своему составу и физико-химическим свойствам.