Охрана морской среды и атмосферы от загрязнений

4.2 Правила санитарной охраны прибрежных районов морей

Технология очистки НВ определяется, прежде всего, требованиями, предъявляемыми к глубине очистки. Существующие международные и национальные правила предполагают наличие специальных устройств, обеспечивающих очистку до 100, 15 и 10 млн-1 (либо количество миллиграммов нефтепродуктов на 1 л обработанной воды). Для достижения той или иной глубины очистки применяют различные технологические схемы, включающие разные способы очистки. В том случае, когда достаточно очистить НВ до 100 мг/дмз, используют более простые и, следовательно, более дешевые способы очистки, а если требуется достичь глубины очистки 15 или 10 мг/дмз, то технология очистки их значительно усложняется.

4.3 Классификация способов очистки загрязненных вод

Способы очистки НВ могут быть классифицированы по различным признакам, однако наибольшее применение получила классификация по характеру используемых процессов. По этому признаку способы очистки можно разделить на механические, физико-химические, химические и биохимические (таблица 2).

Таблица 2. Классификация способов очистки НВ и достигаемая эффективность

Способ очистки	Допустимая начальная концентрация нефтепродуктов в НВ, мг/дмз	Достигаемая глубина очистки, мг/дмз	Примечание
Механический (отстаивание)	Более 1000	40……100	Не очищают от эмульгированных нефтепродуктов
Физико-химические: Флотация Коалесценция адсорбция	200 100 100	20…….60 10…….15 1………3	Степень очистки зависит от способа флотации Частично очищает от эмульгированных нефтепродуктов Очищает от эмульгированных нефтепродуктов (после предварительной очистки)
Химический (озонирование)	50	1……..10	Применяется в сочетании с фильтрацией или отстаиванием
Биохимический (с помощью аэробных микроорганизмов)	100	1…….10	Обязательно предварительное отстаивание; очищает от эмульгированных нефтепродуктов

В качестве первой ступени очистки используют механическую - отстаивание, работа которой основана на использовании сил гравитации, разной плотности углеводородов и воды. Углеводороды всплывают, а вода отстаивается. Скорость всплытия нефтепродуктов (НП) в отстойниках рекомендуется принимать в пределах 0,004-0,006 м/с. Для определения геометрических размеров отстойника рассмотрим эпюру линейных скоростей, действующих на элементарную частицу нефтепродуктов.

Коэффициент проскальзывания принимается равным 1,2, а коэффициент турбулентности потока находят в зависимости от соотношения скоростей (таблица 3)

Таблица 3. Значение коэффициента

20	15	10	6	3
1,45	1,37	1,27	1,14	1,07

В качестве второй стадии очистки НВ от углеводородов используют флотацию. Флотация заключается в образовании комплексов «частицы НП - пузырьки воздуха», всплытии этих комплексов и удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности воды.

Аппарат, в котором протекает процесс флотации, называется флотатором.

Рекомендуемая нагрузка на флотатор 8-12 мз/м2. час, объем подаваемого воздуха 0,25-0,3 мз/мзНВ. Эффективность очистки 70%

Вопросы для самопроверки.

1. Источники загрязнения водной поверхности, влияние на окружающую среду, биоту, биосферу.

2. Причины образования и характеристика судовых сточных вод.

3. Что такое предельно-допустимый сброс сточных вод.

4. Способы утилизации и очистки сточных вод с судовых установок.

5. Правовые аспекты охраны водных объектов Украины от загрязнения сточными водами.

ЛЕКЦИЯ 5. СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ НА СУДНЕ И В ПОРТАХ ПО ПРЕДЕПРЕЖДЕНИЮ ЗАГРЯЗНЕНИЯ МОРЯ СТОЧНЫМИ ВОДАМИ

План лекции

5.1 Сбор, хранение и очистка судовых сточных вод

5.2 Сбор, хранение и очистка нефтесодержащих вод, образующихся на судне

Рекомендованная литература:

Основные теоретические положения.

5.1 Сбор, хранение и очистка судовых сточных вод

Развитие флота, появление крупных пассажирских судов явилось предпосылкой для развития судовой сточной системы. Этому способствовали запреты на сброс неотработанных СВ в зонах санитарной охраны - участках, расположенных в районах городских водозаборов централизованного водоснабжения, акватории портов, районах пляжей и др. На судах начали устанавливать сборные цистерны, объем которых был достаточен для сбора образующихся сточных вод в течение времени прохождения закрытых зон и стоянки в портах.

Передачу СВ на береговые очистные сооружения осуществляют следующим образом. Скапливающиеся в сборных цистернах СВ передают на суда-сборщики, которые оборудованы специальными емкостями и системами вакуумного приема, позволяющими принимать СВ с обслуживаемых судов. После заполнения накопительных емкостей судно-сборщик направляется к ближайшему специализированному причалу, где осуществляется передача СВ через специальный коллектор на береговые очистные сооружения. Как правило, специализированные причалы снабжены для этой цели перекачивающими насосными станциями.

Эффективность передачи СВ на береговые очистные сооружения зависит в основном от пропускной способности системы судно-сборщик-специализированный причал. Количество обслуживаемых судов зависит от объемов СВ, необходимых к передаче на берег, удаленностью специализированных причалов от места дислокации судна, а также от других факторов. В период интенсивной навигации, когда в портах находится большое число пассажирских судов, собрать весь объем скапливающихся на них СВ с помощью сборщиков практически невозможно. К тому же объемы сборных цистерн современных пассажирских судов часто в несколько раз превышают аналогичные объемы, имеющиеся на судах-сборщиках. Бывает, что и специализированный причал не в состоянии переработать весь объем собранных СВ хотя бы потому, что пришвартоваться у него и передать СВ может только одно судно-сборщик, так как длина типового причала для передачи отходов равна 32 м.

Поэтому весьма перспективным представляется способ передачи СВ самими судами непосредственно в коллекторы, соединенными с системами канализаций.

При таком способе передачи СВ сокращается потребность в судах-сборщиках, снижаются эксплуатационные расходы на содержание служебно-вспомогательного флота, сокращаются случаи простоев транспортных судов в ожидании обслуживания. Кроме того, передача СВ самим судном позволяет в несколько раз увеличить объем собранных СВ. При этом резко возрастает производительность обслуживания флота, так как весь объем работ, связанных с приемом СВ, выполняется без увеличения численности плавсостава вспомогательного флота.

Однако удалять СВ с судов можно только в районах населенных пунктов, оборудованных береговыми очистными сооружениями, специализированными причалами, судами-сборщиками и т.п. Практика показывает, что для решения проблемы удаления СВ с судов необходимо использовать еще один способ - обработку СВ непосредственно на судне с помощью установок для очистки и обеззараживания сточных вод.

Санитарными правилами для судов внутреннего плавания запрещен сброс во внутренние водные объекты необработанных сточных и хозяйственно-бытовых вод. Разработана технология передачи сточных вод (СВ) с судов на берег с помощью судов-сборщиков и специализированных береговых причалов, соединенных коллекторами с береговыми очистными сооружениями.

Очистку судовых СВ выполняют физическими, химическими или биохимическими методами.

Физические:

- отстаивание и фильтрация.

Химические:

- химическая коагуляция используется в сочетании с физическими методами.

В СВ вводят коагулянты - соли алюминия, железа или их смеси, наибольшее распространение получил сульфат алюминия.

Процесс коагуляции включает два этапа:

- быстрое перемешивание частиц загрязнителей с коагулянтами;

- при медленном перемешивании СВ, обработанной коагулянтом, происходит хлопьеобразование. Флокулянты ускоряют процесс хлопьеобразования, например, полиакриламид;

- электрохимический метод - при размещении электродов в СВ частицы загрязнений будут прилипать к пузырькам водорода и всплывать, образуя пенный слой.

Биохимический способ очистки СВ от органических загрязнений основан на биохимических процессах, сопровождающих жизнедеятельность определенного набора микроорганизмов - биомассы. Часто биомассу называют активным илом. В активном иле содержатся различные группы бактерий, плесневые и дрожжевые грибы, а также простейшие коловратки, черви. Для поддержки требуемой жизнедеятельности микроорганизмов в СВ вводят кислород воздуха. Биохимические процессы в таком случае называют аэробами.

Этапы биохимического метода очистки СВ:

- биохимическое окисление легкоокисляемых органических веществ до СО2 и воды; в СВ органические вещества находятся в виде белков, жиров и углеводов;

- синтез клеточного вещества активного ила из оставшихся органических веществ СВ. Микробы усваивают не только органические вещества, поступающие со СВ, но и отмершие микроорганизмы (органическая их часть), т.е. происходит минерализация органической части самого активного или.

Таким образом, микроорганизмы активного ила, как и любые другие живые существа, зарождаются, развиваются, существуют определенный период и затем отмирают. Время пребывания активного ила в аэротенках строго регламентировано и зависит от концентрации органических загрязнителей в СВ, температуры, расхода воздуха, ингибиторов и токсикантов их жизнедеятельности. При благоприятных условиях это время составляет около 50 часов.

Развитие активного ила идет с более высокой скоростью, чем его отмирание. Избыточный ил следует из установки периодически удалять в судовую шламовую цистерну. Количество скапливающегося активного ила обычно составляет 1-2% объема очищенных СВ.

Обеззараживание судовых сточных вод.

Хлорирование - при взаимодействии хлора с водой образуется хлорноватистая кислота (НClO). Бактерицидное действие хлора является результатом химической реакции между «HClO» и бактериальной клеточной структурой, вследствие чего парализуются клеточные жизненные процессы и бактерии погибают.

Обычно на разрушение бактериальных клеток расходуется лишь некоторая часть введенного в воду хлора, а большая - на реакции с различными примесями, находящимися в очищенной СВ. Дозу хлора, необходимую для обеззараживания воды, в связи со сложной зависимостью хлорпоглощаемости от некоторых факторов определяют исходя из величины остаточного хлора в СВ. При остаточном хлоре более 0,3 мг/дмз после 30-минутного контакта обеззараживание удовлетворительное.

Рекомендуемая доза хлора для обеззараживания сточных вод 8-15 мг/дмз при времени контакта 20-30 минут.

Для судовых условий наиболее приемлемым считают гипохлорит натрия (NaOCl) и гипохлорит кальция (CaOCl), менее надежна хлорная известь.

Оптимальным при обеззараживании принято учитывать выбор требуемой дозы обеззараживающего агента, а также путем контроля за содержанием остаточного хлора в очищенной воде.

5.2 Сбор, хранение и очистка нефтесодержащих вод, образующихся на судне

Комплексные мероприятия по предотвращению утечки нефтепродуктов и их современный сбор с судов в значительной мере позволяют предотвратить загрязнение водной поверхности водоемов.

Для предотвращения загрязнения водной среды подсланевыми водами с судов Конвенция Марпол 73/78 предусмотрены следующие решения:

- возможны три варианта оборудования на соответствие Приложения Конвенции Марпол 73/78:

- сборный танк;

- сборный танк и нефтяное фильтрующее оборудование, обеспечивающее степень очистки до 15 ppm, автоматическое закрытие клапанов при превышении 15 ppm, нефтепродуктов в сточной воде;

- сборный танк и сепарационное оборудование с эффективностью очистки до 100 ppm.

Озонирование - основано на глубоком химическом окислении органических веществ. Озон намного эффективнее хлора в 15-20 раз. На эффективность обеззараживания озоном СВ влияют концентрация озоно-воздушной смеси, способ ее смешения с водой, содержание органических веществ в воде, температура, рН.

Для обеззараживания СВ, очищенной до БПК5 < 50 мг/дмз, ВВ <=50 мг/дмз, требуется подавать 15-20 мг/дмз озона при времени контакта 7 :-15 минут.

В основе процесса получения озона лежит реакция расщепления молекулы кислорода на атомы под действием электрических разрядов с последующим присоединением к молекуле кислорода одного атома кислорода. Озонирование - эффективный способ очистки СВ, однако для его осуществления требуется значительно высокий расход энергоресурсов.

Вопросы для самопроверки.

1. Основные пути снижения загрязнения водоемов сточными водами.

2. Основные способы очистки сточных вод.

3. Характеристика способов очистки сточных вод. Преимущества, недостатки.

4. Принцип и сущность очистки нефтесодержащих сточных вод методом озонирования.

5. Характеристика ущерба от загрязнения сточными водами судовых установок природных поверхностных водоемов.

Процесс сжигания твердых отходов в инсинераторах можно условно разделить на два этапа: 1 - предварительное высушивание и 2 - собственное сжигание.

Высушивание отходов позволяет полнее использовать их теплотворную способность и тем самым экономить топливо. Эффективность высушивания отходов зависит от следующих факторов:

- распределения влаги в пределах массы отходов;

- температуры в зоне высушивания (сгорания);

- наличия устройств для перемещения отходов с целью повышения скорости переноса тепла;

- размера частиц отходов (уменьшение размеров частиц способствует не только более быстрому высушиванию, но и более эффективному сгоранию).

Высушивание отходов в инсинераторах происходит за счет конвекционного переноса теплоты от потоков горячего воздуха, а также за счет радиационного переноса теплоты от пламени или от поверхности камеры сгорания. В современных инсинераторах предварительное высушивание отходов осуществляется непосредственно в топке. Исключение составляет шлам сточных вод. Иногда шлам предварительно перемешивают с топливом в специальном смесительном устройстве. Подсушке способствуют применяемые для этих целей колосниковые решетки, а также подача в топку воздуха.

Перед сжиганием отходы целесообразно подготовить: отделить предметы, способные при расплавлении залить отверстия колосниковых решеток и тем самым уменьшить подачу воздуха, например, предметы из алюминиевых сплавов или стекла.

Жидкие отходы подают в инсинераторы в распыленном виде через специальные шламовые форсунки.

На судах используются инсинераторы разнообразных конструкций, поэтому нет никаких критериев, по которым можно было бы определить преимущество одного перед другим. В большинстве случаев выбор основывается в первую очередь на производительности инсинератора и его стоимости.

ЛЕКЦИЯ 6. СИСТЕМЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ МИРОВОГО ОКЕАНА МУСОРОМ. СУДОВЫЕ ИНСИНЕРАТОРИ

Для предотвращения сброса мусора в запретных зонах путем сбора и хранения на борту существуют различные способы: накопление мусора в контейнерах или мешках, во встроенных емкостях, в специальных контейнерах с подпрессовкой, в контейнерах с предварительным измельчителем, брикетирование мусора при высоких давлении и температуре с одновременным обеззараживанием.

Выбор оборудования, включая оптимальные объемы судовых накопительных цистерн и контейнеров, а также устройств, сосредоточенных в портах, зависит от многих факторов, но в первую очередь от класса, типа судна и условий эксплуатации (район плавания, длительность рейса между заходами в порты). Естественно, что для судов внутреннего плавания, имеющих возможность один раз в 2….3 дня передавать отходы на берег, достаточно простейших накопительных устройств. Сложнее обстоит дело в условиях ледового плавания. Бывают случаи, когда порты не оснащены необходимым оборудованием для приема и обработки мусора. В таких случаях судно вынуждено задержаться в порту.

Конвенцией МАРПОЛ 73/78 рассмотрены подобные случаи и сказано, что отсутствие оборудования в порту не должно быть основанием для сброса отходов за борт на акватории порта, на рейде и в прибрежных (территориальных) водах.

Накопление и хранение мусора требуют наличия на судах соответствующих площадей и объемов и вызывают проблему сдачи накопленного мусора на берег или плавучие портовые сборщики. Существенной сложностью при этом является обеспечение длительного хранения отходов с соблюдением надлежащих санитарных условий, особенно при плавании в летнее время в районах с повышенной температурой наружного воздуха и высокой влажностью.

Способ накопления мусора в специальных судовых емкостях (бачках, контейнерах) с последующей их передачей на судно-сборщик или непосредственно на берег получил наибольшее распространение. Этот способ применяют в том случае, когда необходимое оборудование есть на судне, и в порту, в который намечено передать отходы. На судне должны быть прежде всего контейнеры, размещенные, как правило, на корме; в портах - судна-сборщики, специализированные причалы, машины-мусоросборщики, устройства для переработки отходов и т.п.

Учитывая повсеместно действующие требования, следует отметить, что хранение мусора на борту судна в металлических бочках и других открытых (негерметических) емкостях недопустимо с точки зрения санитарно-гигиенических требований.

Как правило, в различных странах портовые и муниципальные службы, оказывающие услуги по вывозу мусора с борта судна, имеют различные стандарты мусорных емкостей и транспортного оборудования, при котором возврат или обмен опорожненных емкостей затруднен. Более того, в настоящее время в портах не организована надлежащая санитарная обработка опорожненных мусорных емкостей1 (контейнеров). Использование стандартных мусорных контейнеров может быть рекомендовано в тех случаях, когда суда совершают регулярные каботажные рейсы.

Наиболее удобно накопление и хранение мусора на судах в прочных стандартных полиэтиленовых мешках размером 1050*650. Мешки крепятся на специальную стойку с ободом. Принцип одноразового использования полиэтиленовых мешков исключает необходимость периодической промывки и дезинфекции тары. По мере заполнения мешков верхнюю загружаемую кромку схватывают зажимом и герметично закупоривают.

В качестве одного из способов борьбы с отходами, точнее, для уменьшения объема скапливающихся судовых отходов, рекомендуется использовать специальные прессы - устройства, снижающие объемы твердых бытовых отходов примерно в 8…10 раз.

Прессование как способ обработки отходов имеет следующие преимущества:

- возможность обработки любых видов твердых отходов (при этом не обязательна предварительная их сортировка);

- установки для прессования имеют простую конструкцию и почти не требуют ухода;

- возможность монтажа в любом месте судна, включая палубу;

- небольшая потребляемая мощность.

К недостаткам этого способа следует отнести то, что для хранения спрессованных отходов требуются помещения и обеззараживание при хранении спрессованных отходов на судне.

Брикетирование мусора при высоких давлении и температуре с одновременным обеззараживанием является наиболее рациональной технологией. Однако ее осуществление требует дорогостоящего оборудования, обслуживания и контроля.

Кроме прессов, для обработки твердых бытовых отходов рекомендуются измельчители - установки, оборудованные специальными режущими приспособлениями, позволяющими размельчать любые виды отходов, включая стеклянные предметы, консервные банки, деревянные ящики и др.

Представляет интерес способ дробления (измельчения) пищевых отходов. На судах пищевые отходы дробятся измельчителем, установленным на камбузе, после чего размельченные пищевые отходы направляются в судовую сборную цистерну. После выхода судна из порта за 12-мильную зону измельченные отходы вместе со СВ откачиваются за борт.

Значительно труднее решается проблема передачи пищевых отходов на берег, поскольку не все порты имеют налаженную систему приема пищевых отходов с последующим их обеззараживанием (особенно при необходимости вывоза отходов за пределы порта). Кроме того, перед сбором отходов контейнеры должны быть вымыты, а загрязненная промывочная вода должна быть очищена и обеззаражена.

Для обезвреживания отходов используется способ, заключающийся в превращении пищевых отходов в смесь, по составу близкую к СВ, с последующей ее термической обработке и сбросе обеззараженной смеси в городскую канализацию. Разработанные для этого способа устройства перерабатывают 0,3…0,5 т/ч пищевых отходов.

Принцип действия такого устройства заключается в следующем. Пищевые отходы, собранные с судов, измельчаются и одновременно смешиваются с технической водой или с СВ, собранными с судов. Процесс обеззараживания осуществляется за счет подаваемого пара и доведения ее температуры до 120….130°С. Нагретая смесь протекает по выдерживателю определенной длины в течение необходимого для полного обеззараживания времени. Затем смесь охлаждается в теплообменнике-утилизаторе, отдавая теплоту новым порциям смеси, поступающей на обеззараживание, которая при этом нагревается до 80…90°С. Охлажденная до температуры не выше 40°С обеззараженная смесь выводится из устройства и отводится в канализацию порта.

Существует судовой вариант, при котором обеззараженная смесь направляется в сборную цистерну, а затем сбрасывается в разрешенном районе.

Накопление во встроенных емкостях. Такой способ хранения мусора на борту удобно для его сбора, т.к. к емкости можно подвести мусоропровод, приемные органы которого можно вывести непосредственно к нескольким местам сброса мусора.

Однако существенным недостатком такой системы является необходимость постоянной промывки и тщательной очистки самой емкости и трактов мусоропровода, а также осуществление мер по дезинфекции и дезодорации. Выгрузка мусора из встроенной емкости в береговой специализированный автотранспорт невозможна. Выгрузка в специальные мусорные баржи также практически неосуществима ввиду невозможности обеспечения надлежащих санитарных условий.

Комбинированная обработка мусора.

После измельчения мусор автоматически подается в барабан преобразователя, представляющий собой горизонтальный, медленно вращающийся смеситель с лопатками.

Из сборной цистерны вакуумной системы канализации твердые сбросы орошаются фекальной водой. Фекальную воду и воду из твердых отходов выпаривают струей горячего воздуха, продуваемой против движения материала отбросов в барабане преобразователя. Температура воздуха при этом 60-70°С. Процесс ускоряется, т.к. твердые отбросы измельчены, что увеличивает их поверхность соприкосновения с горячим воздухом. Фекальные воды добавляют с такой скоростью, чтобы масса была не слишком влажной или полужидкой.

Преобразователь разделен на три зоны, через которые материал проходит автоматически.

Первая зона представляет собой участок первичного пропаривания и разложения. Здесь выпаривается основная часть влаги, а также происходит некоторый биологический распад.

Во второй зоне происходит снижение содержания масла. Специфически неприятный запах масла, топлива, консистентной смазки и т.п. устраняется добавлением небольшого количества гашеной извести. Гашеная известь нужна также для придания материалу отбросов сухого состояния. В этой зоне происходит дальнейшее выпаривание жидкости.

Третья зона предназначена для окончательной сушки; Здесь отбросы высушиваются до такой степени, что становятся пригодными для хранения. Сухой остаток можно передавать в печь для сжигания вместе с остатками нефтепродуктов или на хранение.

Время выдержки отбросов внутри преобразователя составляет в среднем 3 дня. Такой срок выбран с учетом оптимального биологического редуцирования. Интенсивная аэрация обрабатываемого материала, обеспечивающая подачу достаточного количества кислорода, вместе с влагой в фекальных водах поддерживает активность бактерий, что способствует разложению практически всех фекальных вод и большей части мягких органических веществ, содержащихся в камбузных отходах.

Чтобы не снизить активности бактерий, температура обрабатываемых отходов не должна превышать 75°С.

Судовые инсинераторы.

Значительное развитие в последнее время получил термический способ обработки судовых отходов. Отходы сжигаются в специальных печах-инсинераторах. Данным способом можно уничтожить практически все виды судовых отходов, за исключение металла и стекла, которые отделяют из общей массы.

Способ термической обработки судовых отходов имеет следующие преимущества:

1. возможность переработки всех видов отходов;

2. значительное уменьшение объема отходов;

3. стерильность образующихся остатков;

4. автоматизация процесса.

К недостаткам способа можно отнести:

1. увеличение пожароопасности на судне;

2. повышение расхода топлива;

3. более высокую трудоемкость за счет введения дополнительного обслуживания.

Производительность инсинератора определяется количеством отходов, которые могут быть сожжены в единицу времени. В то же время заранее трудно определить точное число скапливающихся отходов, поэтому весь важной характеристикой инсинератора, прямо влияющей на его производительность, является теплопроизводительность, т.е. количество теплоты, вырабатываемое инсинератором для осуществления процесса сгорания.

Таким образом, проблема предотвращения загрязнения водоемов судовыми отходами имеет ряд особенностей, когда речь идет о судах, находящихся в районах, в которых сброс необработанных СВ и мусора полностью запрещен (прибрежные зоны и внутренние водоемы).

В настоящее время проблему предотвращения загрязнения внутренних водоемов решают двумя путями: 1) передачей отходов на судно-сборщик, который, в свою очередь, передает СВ и мусор на береговые специализированные причалы; 2) оснащением новых и существующих судов по очистке сточных вод, а также инсинераторами.

ЛЕКЦИЯ 7. ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ВЫХЛОПНЫМИ ГАЗАМИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Суда и многие другие транспортные средства являются достаточно активными источниками загрязнения воздушного бассейна углеводородами, оксида углерода, азота, серы, фенолами, альдегидами, спиртами, кетонами, твердыми частицами (сажа), тяжелыми металлами (свинец и его соединения).

С гигиенических позиций опасность загрязнения воздуха вредными веществами можно оценить с помощью ПДК и по данным об изменениях показателей здоровья населения.

Загрязняющие вещества в атмосфере находятся в газообразном и аэрозольном состоянии.

Отработавшие (выхлопные) газы (ОГ) двигателей транспортных средств (ДТС) наносят существенный вред окружающей среде, биоте и здоровью человека. В их составе содержатся общеядовитые, удушающие компоненты (оксида углерода), компоненты раздражающего характера (оксиды серы, азота), мутагенные (тяжелые металлы, альдегиды, алколоиды), канцерогенные соединения (углеводороды, бенз(Ь)пирен), сажа (твердые частицы) и другие (таблица).

Таблица. Токсические компоненты выхлопных газов

Типы ДТС	Выхлопы вредных компонентов, кг/т топлива
	СО	СхНу	SO2	NOx	Сажа	Свинец	Всего
Бензиновые	267	33,2	1,34	26,6	1,34	0,27	329,75
Дизельные	28,4	9,1	5,6	40,8	8,0	-	91,9
Газотурбинные	0,852	1,36	0,68	4,08	0,07	-	7,04

Из трех метеорологических компонентов - скорость воздуха, температура, относительная влажность, наиболее существенной в образовании опасных зон является относительная влажность. Если в сухом нейтральном воздухе скорость окисления SO2 до SO3 составляет 2% в час, то повышение влажности воздуха до максимальной приводит к снижению конверсии до 0,6-0,1 % в час.

При тумане суммарное количество загрязняющих компонентов в газовой фазе и каплях тумана выше, чем при его отсутствии. Кроме химических реакций в атмосферном воздухе постоянно происходят массообменные и фотохимические процессы, в которых участвуют такие газы, как озон, двуокись азота, сернистый ангидрид. Наибольшее значение имеет фотохимия озона.

Комплекс санитарно-гигиенических исследований показал существенное влияние выбросов на образование туманов, дымов, мглы, которые приводят к загрязнению атмосферы аэрозольными частицами.

Отработавшие газы от дизельных установок представляют сложную газовую смесь. Четыре компонента - азот, кислород, двуокись углерода и вода составляют 99-99,9% объема, а остальные компоненты - 0,1-1,0% объема, причем последние представляются наиболее вредными для природных экосистем, животных, биоты и человека (таблица).

Таблица. Состав отработавших газов дорожно-транспортных средств

Компонент	Концентрация В ОГ, г/мз	Свойства компонентов ОГ
Диоксид углерода	40 - 240	Удушающее, наркотическое действие, «парниковый эффект»
Сернистый ангидрид	0,1 - 0,5	Раздражающее действие, токсичность
Оксид углерода	0,25 - 2,5	Общеядовитый, удушающий, кроветворный
Акролеин	0,001-0,04	Токсичность
Оксиды азота (по NO2)	0,5 - 8,0	Раздражающий, токсичный, компонент кислотного дождя
Углеводороды	0,25 - 2,0	Удушающий «парниковый» эффект
Бенз(Ь)пирен	0,2 - 0,5	Канцерогенные
Сажа	0,05 - 0,5	Ухудшение видимости, раздражение, болезнь верхних дыхательных путей
Вода	15 - 100	Влажность, туманообразование
Оксиды азота, углеводороды		Смогообразование

В двигателях внутреннего сгорания ежегодно сжигается сотни тысяч тонн моторного масла. При этом с отработавшими газами выбрасываются десятки тысяч тонн токсикантов.

К 60-м годам вред, наносимый окружающей среде и человеку ОГ, стал ограничиваться законодательными актами. В Западной Европе действует законодательный документ ЕЭЕ ООН, в США в 1973 г. введен федеральный стандарт на ограничение дымности и газовыделения токсикантов с ОГ, запрет на использование этилированного бензина.

Основные пути снижения концентрации токсикантов в ОГ дизелей:

- Оптимизация энергетического состояния воздушного заряда.

- Улучшение экономических и экологических характеристик дизеля путем повышения давления впрыска топлива.

- Улучшение качества топлива для судовых дизелей, разработка присодок к топливу, повышающих цетановое число компаундированного дизельного топлива, интенсифицирующих процесс окисления, воспламенения.

- Задержка воспламенения топлива и влияние ее на полноту сгорания и состав ОГ дизелей.

- Улучшение показателей смесеобразования дизельного топлива с воздухом.

- Снижение уровня токсичности ОГ за счет ввода воды в дизельное топливо.

- Впрыск метанола непосредственно в камеру сгорания дизельного топлива.

- Снижение уровня токсичности ОГ с помощью нейтрализаторов.

Существует несколько способов нейтрализации:

- термический;

- каталитический;

- абсорбционный;

- комбинированный.

Термическая нейтрализация основана на дожигании продуктов неполного сгорания в конечные - диоксид углерода, вода, серный ангидрид. Оксиды азота при таком способе практически не снижаются.

Каталитическая нейтрализация используется для снижения концентрации токсикантов при окислительных (CO2, CH3, SO2) и восстановительных реакциях (разложение NO2). Каталитические нейтрализаторы ускоряют окислительно-восстановительные процессы.

Термические и каталитические нейтрализаторы чаще всего используются в бензиновых двигателях, т.к. в ОГ содержится значительно больше токсикантов - вредных соединений неполного сгорания. В последнее время каталитическая нейтрализация нашла применение и на дизелях. Содержание кислорода в ОГ превышает 10%, а содержание оксида углерода - не более 0,1-0,2%. Наличие сажи в ОГ дизелей создает дополнительные трудности для использования каталитических нейтрализаторов, т.к. сажа быстро забивает нейтрализатор и снижает эффективность его работы, приходится периодически выжигать сажу при 500°С или устанавливать перед катализатором специальную ловушку.

При эксплуатации дизелей с каталитическими нейтрализаторами на алюмо-платиновом катализаторе ШПК-2 достигнута степень очистки по оксиду углерода 30-100%, по альдегидам 80-100%, по дожигу сажи 60-100%.

Отработанные газы дизелей также очищают с помощью адсорбционных нейтрализаторов со специальным химическим раствором.

Атмосферный воздух загрязняется также в результате транспорта сыпучих, твердых и жидких материалов.

Наиболее эффективным считается транспорт на судах сыпучих материалов (удобрения, сера, руда, уголь) в герметических контейнерах, установка локальных систем вентиляции и очистки газовоздушных сред от пыли.

При транспорте нефтепродуктов на судах кроме загрязнения водного бассейна нефтесодержащими водами существенная эмиссия нефтепродуктов происходит также в воздушный бассейн за счет испарения нефтепродуктов. Более 30% потерь углеводородов приходится вследствие испарения, распределения и заправки двигателей транспортных средств.

При транспортировке, хранении, перевалках нефтепродуктов и заправках топливом ДТС в атмосферу выделяются углеводороды - компоненты «парникового» эффекта. Помимо прямого ущерба окружающей среде это приводит к истощению невозобновимого сырья.

Состав углеводородов, образующихся при испарении бензина, составляет (% объемн.):

Пропан 1,5

Изобутан 8,0

Н-бутан 10,0

Пентан 14,0

Бензол 0,5

Гексан (С6) 6,0

Воздух 60,0

Всего 100,0

При температуре 20°С, давлении 760 мм рт. ст. потери углеводородов составляют 1070 г/мз. По последней директиве Европейского Экономического Союза (1996 г.) потери углеводородов при испарении жидкого моторного топлива не должны превышать 35 г/мз (1,3 % объемных углеводородов). Такое резкое снижение потерь углеводородов (более чем в 30 раз) стало возможным благодаря разработке и внедрению новых технологий. Одна из таких технологий основана на адсорбции паров углеводородов. До реализации технологии поглощения углеводородов на всех этапах хранения, транспортировки, переработки нефтепродуктов общие потери углеводородов составляли 0,62% от массы жидких моторных топлив, а после внедрения новой технологии снизились до 0,02%

ЛЕКЦИЯ 8. ПРОБЛЕМЫ АТМОСФЕРНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ. СОСТАВ И СВОЙСТВА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА. МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ЗАГРЯЗНЕНИЕМ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

В атмосферном воздухе под действием внешних и внутренних факторов постоянно протекают гидродинамические, тепловые, электромагнитные, химическ4ие и фотохимические процессы, от которых зависит температура, давление, скорость перемещения воздушных масс и его химический состав. Атмосфера на сотни километров простирается вокруг Земли, ее масса составляет 5,3 · 10 15 тонн. Это 1 · 10 -6 массы нашей планеты. Плотность, влажность, давление, температура, скорость перемещения и химический состав атмосферы неодинаковы и зависят от высоты слоя атмосферы над Землей.

Условно атмосферный воздушный бассейн можно разделить на 5 сфер:

- тропосфера;

- стратосфера;

- мезосфера;

- термосфера;

- экзосфера.

Природный состав атмосферного воздуха необходимо знать для того, чтобы своевременно определить новые загрязнители, которые могут поступить в атмосферу вследствие антропогенной деятельности.

Источники загрязнения атмосферного воздуха подразделяют на две группы:

- природные;

- антропогенные.

К природным относятся - лесные пожары, пыльные бури, землетрясения, ураганы, морские бури, космическая пыль, извержения вулканов.

К антропогенным - промышленность, транспорт, сельское хозяйство, военно-промышленный комплекс.

К основным загрязнителям атмосферного воздуха относятся оксиды серы и азота (компоненты кислотных дождей), пыль, монооксид углерода.

Таблица. Эмиссия основных загрязнителей атмосферного воздуха

Годы		Эмиссия, тыс.	т/год
	Пыль	SO2	CO	NOx
1974	22380	25180	29520	5860
1980	27940	34110	41700	7800
1990	35200	47500	50200	9600

Для характеристики любого источника вредного выброса разработана структура выбросов согласно стандарту страны, а также Международным стандартам.

Выбросы вредных веществ в атмосферу характеризуются по четырем признакам:

- по агрегатному состоянию;

- по химическому составу;

- по размеру частиц;

- по массе выброса.

Вредные вещества классифицируются по следующим признакам:

- по характеру действия;

- по степени опасного воздействия на человека.

По характеру действия на человека вредные вещества делят на:

1. Нервно-паралитические - аммиак, анилин, сероводород, тетраэтилсвинец.

2. Раздражающие - хлор, аммиак, сернистый ангидрид, оксиды азота.

3. Общеядовитые - синильная кислота, мышьяк, соли ртути, фосфор-содержащие соединения.

4. Удушающие - фосген, оксид углерода, ацетилен, инертные газы.

5. Прижигающие - Кислоты, щелочи, ангидриды.

6. Наркотические - бензол, эфиры, дихлорэтан, ацетон.

7. Мутагенные - соединения свинца, ртути, хлора, углеводороды ароматические.

8. Канцерогенные - каменноугольная смола, бензапирен.

9. Аллергены - соединения никеля, алколоиды.

По степени опасного воздействия на человека вредные вещества делят на:

1. Чрезвычайно-опасные (первый класс) - ПДК 0,1 мг/дмз

2. Высокоопасные (второй класс) - ПДК -0,1-1,0 мг/дмз

3. Умеренно-опасные (третий класс) - ПДК - 1,0 -10,0 мг/дмз

4. Малоопасные (четвертый класс) - ПДК -10,0 мг/дмз и выше.

Для обеспечения экологической безопасности, создания нормальных, здоровых условий труда и отдыха разработаны предельные уровни загрязнения воздушного бассейна - предельно-допустимые концентрации (ПДК).

ПДК нормируются в рабочей зоне, в населенной местности.

ПДК в населенной местности подразделяются на общие, средне-суточные, максимально-разовые.

ПДК в рабочей зоне - это максимальная концентрация вредного вещества, которая в течение ежедневной работы (кроме выходных и праздничных дней) не более 8 часов в сутки, не более 41 часа в неделю не ухудшает состояние здоровья, не приводит к дискомфортности труда, а при длительном воздействии не приводит к профессиональным заболеваниям.

По видам вредные вещества подразделяются на:

- вещества однонаправленного действия;

- вещества разнонаправленного действия.

В случае одновременного присутствия в газовоздушных средах веществ однонаправленного действия санитарная оценка в конкретном промышленном регионе или населенной местности.

А для веществ разнонаправленного действия санитарная оценка лимитируется тем вредным веществом, для которого ПДК имеет наименьшее значение.

Человек подвергается комбинированному воздействию вредных веществ. Возможны следующие разновидности этих воздействий:

- суммация, аддиктивное воздействие;

- синергизм;

- антогонизм.

В результате сгорания топлива в судовых дизельных установках образуются выхлопные газы, содержащие оксиды серы, азота, углерода, сажу, углеводороды. По санитарным нормам и требованиям экологической безопасности выхлопные газы перед сбросом в атмосферу должны быть очищены до безопасного уровня воздействия на окружающую среду.

Известны следующие способы очистки выхлопных газов судовых установок от вредных токсических компонентов:

- абсорбционный;

- адсорбционный;

- диффузионный;

- высокотемпературный, термический;

- каталитический.

Предельно-допустимый выброс ПДВ, мг/с определяется по уравнению:

ПДВ = М = Свв · Vгвс, мг/час

где Свв - концентрация вредного вещества в сбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси, мг/мз;

Vгвс - нагрузка по газовоздушной смеси, сбрасываемой в атмосферу, мз/час.

Для каждого предприятия устанавливается конкретная величина ПДВ, выше которой сброс недопустим.

У наслідок згорання моторного палива в суднових енергосилових установках утворюються відпрацьовані гази, що містять сажу, оксиди сірі, азоту, вуглецю, вуглеводні. За умовами екологічної безпеки відпрацьовані гази перед викидом в атмосферу мають бути очищені до безпечного рівня дії на навколишнє середовище.

Граничнодопустимий викид (ГДВ), мг/с, визначається по рівнянню:

ГДВ = М = С_i ^. V_ГПС, мг/год. (3)

де С_i - концентрація шкідливої речовини i-того вигляду в газоповітряній суміші, що викидається в атмосферу, мг/м³;

V_ГПС - об'ємна витрата газоповітряної суміші, що викидається в атмосферу, м³/час.

При цьому необхідно враховувати концентрацію шкідливих речовин в атмосфері від інших джерел, щоб дотримувалася умова:

С_i + С_i^ф ?ГДК_i^С/С (4)

де С_i^ф - фонова концентрація i-ї речовини в атмосферному повітрі, мг/м³.

Промислові об'єкти, що є джерелами виділення шкідливих речовин, розташовуються з підвітряного боку від житлових масивів і відокремлюється від житлової забудови санітарно-захисними зонами.

Відповідно до санітарної класифікації підприємств встановлюються розміри санітарно-захисних зон від 50 м до 1 км. Територія санітарно-захисної зони має бути упорядкована і озеленює. У ній допускається розміщувати підприємства із виробництвами меншого класу шкідливості, за умови аналогічного характеру шкідливості, а також будівлі, управління, магазини. Не можна розміщувати житлові будівлі.

Розміри санітарно-захисних зон (Х, м), встановлені відповідно до «Санітарних норм проектування промислових підприємств», повинні підтвердитися розрахунками. Отриманий за розрахунком розмір зони має бути скоректований на розу вітрів району розташування підприємства по формулі:

Х = Х_i · Р/Р₀ (5)

де Х_i - розрахункова відстань від джерела забруднення до межі санітарно-захисної зони без урахування поправки на троянду вітрів, м;

Р - середньорічна повторюваність напрямів вітрів даного румба %;

Р₀ - повторюваність напрямів вітрів одного румба при круговій розі вітрів %.

Якщо розмір санітарно-захисної зони для підприємства більше встановленого, то необхідно переглянути проект підприємства і забезпечити зниження викидів шкідливих речовин або збільшити висоту викиду, аби забезпечити вимоги норм по чистоті повітряного басейну в зоні житлової забудови.

Размещено на Allbest.ru

...