Загрязнение воздуха

При низких или холодных источниках выбросов повышенный уровень загрязнения  воздуха наблюдается при слабых ветрах (w = 0-1 м/с) вследствие скопления примесей в приземном слое. Прямое влияние на загрязнение воздуха в городе оказывает направление ветра. Существенное увеличение концентрации примеси наблюдается тогда, когда преобладают ветры со стороны промышленных объектов.

Если температура окружающего  воздуха понижается с высотой, нагретые струи воздуха поднимаются вверх (конвекция), а взамен их опускаются холодные. Такие условия называются конвективными.

Если вертикальный градиент температуры  будет отрицательным (температура  возрастает с высотой), то вертикально поднимающийся поток становится холоднее окружающих масс и его движение затухает. Такие условия называются инверсионными.

Если повышение температуры  начинается непосредственно от поверхности  земли, инверсию называют приземной, если же с некоторой высоты над поверхностью земли – приподнятой. Инверсии затрудняют вертикальный воздухообмен и рассеивание примесей в атмосфере.

Для состояния атмосферы в городах  наибольшую опасность представляет приземная инверсия в сочетании  со слабыми ветрами, т.е. ситуация "застоя воздуха".

Туманы на содержание загрязняющих веществ в атмосфере влияют следующим  образом. Капли тумана поглощают  примесь, причем не только вблизи подстилающей поверхности, но и из вышележащих, наиболее загрязненных слоев воздуха. Вследствие этого концентрация примесей сильно возрастает в слое тумана и уменьшается над ним. Растворение сернистого газа в каплях тумана приводит к образованию серной кислоты.

Осадки очищают воздух от примесей. После длительных интенсивных осадков  высокие концентрации примесей в атмосфере практически не наблюдаются.

Солнечная радиация обусловливает  фотохимические реакции в атмосфере  с образованием различных вторичных  продуктов, обладающих часто более  токсичными свойствами, чем вещества, поступающие от источников выбросов. Таким образом, происходит окисление сернистого газа с образованием сульфатных аэрозолей.

В крупных городах формируется  свой микроклимат, существенно меняются аэродинамические, радиационные, термические  и влажностные характеристики атмосферы. Выделение в городах большого количества тепла, изменение газового и аэрозольного состава воздуха приводят к повышению температуры воздуха и образованию так называемых "островов тепла". Повышение температуры над крупным городом по сравнению с температурой окружающей местности может наблюдаться до высоты в несколько сотен метров.

§3. Мероприятия по защите атмосферного воздуха

Мероприятия по обеспечению охраны атмосферного воздуха городской  среды можно условно разделить  на следующие группы:

• организация санитарно-защитных зон;
• архитектурно-планировочные решения;
• инженерно-организационные мероприятия;
• безотходные и малоотходные технологии;
• технические средства и технологии очистки выбросов.

1. Санитарно-защитные  зоны

Объекты, являющиеся источниками выделения  в окружающую среду вредных и с неприятным запахом веществ, следует отделять от жилой застройки санитарно-защитной зоной (СЗЗ).

Размеры нормативной СЗЗ до границы  жилой застройки устанавливают  в зависимости от мощности предприятия, особенностей технологического процесса производства, характера и количества выделяемых в атмосферу вредных и с неприятным запахом веществ. В соответствии с санитарной классификацией промышленных предприятий размеры санитарно-защитных зон устанавливаются в пределах от 50 до 3000 м в зависимости от класса опасности предприятия (табл.2).

Таблица 2.

Нормативные размеры  санитарно-защитных зон

Класс опасности предприятия	Размер защитной зоны, м
I.A	3000
1.Б	1000
II	500
III	300
IV	100
V	50

Предприятия с технологическими процессами, не приводящими к выделению в атмосферу загрязняющих веществ, допускается размещать в пределах жилых районов.

СЗЗ нельзя рассматривать как резервную  территорию и использовать ее для  расширения промышленной площадки. На территории СЗЗ допускается размещение объектов более низкого класса вредности, чем основное производство, – складов, гаражей, автостоянок и т.д.

Размер СЗЗ до границы жилой  застройки следует устанавливать:

• для предприятий с технологическими процессами, являющимися источниками загрязнения атмосферного воздуха – непосредственно от источника загрязнения (трубы, шахты, аэрационные фонари зданий, места погрузки – разгрузки сырья);
• для предприятий с технологическими процессами, являющимися источниками шума, вибрации, электромагнитных воли, радиочастот – от зданий, сооружений и площадок, где установлено это оборудование;
• для электростанций, котельных – от дымовых труб.

Территория СЗЗ должна быть благоустроена  и озеленена. При проектировании благоустройства СЗЗ необходимо сохранять существующие зеленые насаждения. Со стороны селитебной территории надлежит предусматривать полосу древесно-кустарниковых насаждений шириной не менее 50 м, а при ширине зоны до 100 м — не менее 20 м.

Вблизи предприятий с большим  количеством выбросов вредных веществ  санитарно-защитная зона формируется в виде аэродинамической системы, состоящей из зеленых защитных полос и открытых пространств между ними. Полосы целесообразно размещать под углом 80-90° к основному направлению ветра. При этом зона проветривается по многочисленным каналам в горизонтальном направлении. Завихрение воздуха за полосами способствует образованию восходящих потоков и рассеиванию выбросов в наиболее высоких слоях атмосферы. Одновременно защитные полосы и газонные покрытия задерживают пыль и аэрозоли, поглощают вредные газы.

Размеры СЗЗ уточняются при расчетах рассеивания пылегазовых выбросов и могут оказаться больше или  меньше нормативных. Если расчетный  размер СЗЗ больше нормативного, то принимаются меры для снижения объема пылегазовых выбросов или размер СЗЗ устанавливается в соответствии с расчетным.

При нахождении промышленного  предприятия внутри жилой застройки  и невозможности обеспечить соблюдение размеров СЗЗ в соответствии с  нормативами необходимо обеспечить степень очистки пылегазовых  выбросов до уровня ПДК на границе предприятия.

Полученные по расчету  размеры СЗЗ должны уточняться для  различных направлений ветра  в зависимости от результатов  расчета загрязнения атмосферы  и среднегодовой розы ветров района расположения предприятия по формуле:

где l – расчетный размер СЗЗ, м; L_Q – расчетный размер участка местности в данном направлении, где концентрация веществ (с учетом фоновой) превышает ПДК с.с., м ; р – среднегодовая повторяемость направления ветров рассматриваемого румба, %;р₀ – повторяемость направлений ветров одного румба при круговой розе ветров, %.

Например, при восьмирумбовой розе ветров

2. Архитектурно-планировочные мероприятия

К архитектурно-планировочным относятся  мероприятия, связанные с выбором  площадки для строительства промышленного  предприятия, взаимным расположением предприятия и жилых кварталов, взаимным расположением цехов предприятия, устройством зеленых зон.

Промышленный  объект должен быть расположен на ровном, возвышенном, хорошо проветриваемом месте (рис. 3).

Рис. 3

Пример размещения промышленного объекта: а – разрез; б – план

1 – жилая застройка; 2 – цеха предприятия; 3 – точечный высокий источник (дымовая труба); 4 – линейные источники (аэрационные фонари); 5 – граница населенного пункта; 6 – средняя роза ветров теплого периода года; 7 – факелы выбросов загрязняющих веществ при направлении ветра в сторону жилой застройки

Площадка жилой застройки должна быть размещена ниже предприятия (Н₂<Н₁), в противном случае преимущество высоких труб для рассеивания вредных выбросов сводится на нет.

Источники загрязнения атмосферы желательно располагать за чертой населенных пунктов и с подветренной стороны от жилых массивов по средней розе ветров теплого периода года, чтобы выбросы уносились в сторону от жилых кварталов.

Расстояние между производственными зданиями при удалении вредных веществ через аэрационные фонари должно быть больше восьми высот впереди отстоящего здания, если оно широкое (l >8h), и десяти, если оно узкое (l >10h). В этом случае загрязняющие вещества не будут накапливаться в межкорпусной зоне.

Цехи, выделяющие наибольшее количество загрязняющих веществ, следует располагать  на краю производственной территории со стороны, противоположной жилому массиву. Расположение цехов должно быть таким, чтобы при направлении ветра в сторону жилых кварталов их выбросы не объединялись.

Важное место занимают методы фитомелиорации с использованием зеленых насаждений, облесение и задернение территорий. Зеленые насаждения являются эффективными биофильтрами. При прохождении запыленного воздуха через кроны деревьев и кустарников, а также через травянистую растительность он очищается от пыли благодаря осаждению аэрозольных частиц на поверхности листьев и стеблей растений.

3. Инженерно-организационные  мероприятия

Снижение интенсивности  и организация движения автотранспорта. Для этого ведется строительство объездных и окружных дорог вокруг городов и населенных пунктов, устройство развязок пересечений дорог на разных уровнях, организация на основных городских магистралях движения по типу "зеленая волна".

Увеличение высоты дымовых труб. Чем выше труба, тем лучше рассеивание пылегазовых выбросов в атмосфере. Если дымовая труба высотой 100 м позволяет рассеивать вредные вещества в радиусе до 20 км, то труба высотой 250 м увеличивает радиус рассеивания до 75 км. Следует учитывать, что при выбросах через высокие дымовые трубы повышается общее фоновое загрязнение воздуха. С увеличением высоты трубы резко возрастает ее стоимость, поэтому на практике не рекомендуется строительство труб более 150 м.

Повышение скорости движения газов в дымовой трубе. Это способствует увеличению начального подъема выбросов, улучшению условий их рассеивания. С другой стороны, при этом возрастает гидравлическое сопротивление дымовой трубы и соответственно удельные энергозатраты на транспортировку газов.

4. Технические  средства и технологии очистки  выбросов

Очистка пылегазовых выбросов является основным мероприятием по защите и  восстановлению воздушного бассейна.

Существуют различные  методы очистки выбросов от твердых, жидких и газообразных примесей. На основе этих методов разработано большое количество устройств и аппаратов, при комплексном использовании которых может быть достигнута высокоэффективная очистка пылегазовых выбросов. В целях экономии производственных площадей эти устройства и аппараты размещают как правило в верхних ярусах цехового пространства. Извлеченные из пылегазовых выбросов вещества обычно являются либо готовым продуктом, либо ценным видом вторичного сырья.

Наиболее широко в практике применяются аппараты сухой инерционной очистки газов. Принцип действия этих аппаратов состоит в осаждении пыли в результате изменения направления и скорости движения очищаемого газового потока и ударения частиц пыли о стенки и поперечные преграды. Эти аппараты отличаются простотой конструкции и изготовления.

Простейшими установками для улавливания  крупнодисперсной пыли, работающими  по принципу гравитационного осаждения, являются пылеосадительные камеры. Они  используются в качестве первой ступени  очистки газов для улавливания  наиболее крупных частиц (30-100 мкм), позволяют избежать осаждения пыли в газоходах и снижают нагрузку на последующие ступени очистки.

Устройство и принцип действия пылеосадительной камеры показаны на рис. 4. Степень очистки зависит от времени пребывания частиц в камере. Частицы, движущиеся в газовом потоке, опускаются под действием силы тяжести на дно бункера. Скорость газового потока в пылеосадительной камере не должна вызывать уноса осевших частиц пыли.

Рис. 4. Пылеосадительная камера:

1 – входной патрубок; 2 – корпус; 3 – выходной патрубок; 4 – бункера для пыли

К числу сухих инерционных пылеуловителей относятся жалюзийные, вен тиляторные и радиальные пылеуловители. Они  эффективно улавливают час типы размером от 20-30 мкм. Более тонкая очистка от пыли обеспечиваете: с помощью циклонов. Циклон – один из широко распространенных пыле улавливающих аппаратов, предназначенный для улавливания частиц размером 5-20 мкм и более. Устройство и принцип действия циклона показаны на рис. 5.