Основи формування промислових паро- і газоподібних забруднень атмосфери

Утворення паро- і газоподібних забруднень характерне для різних промислових підприємств, технологічні процеси яких відрізняються за характером, токсичністю, ступенем виділення шкідливих речовин в атмосферу. Переважна більшість технологічних процесів відзначається хімічними реакціями (окислення, відновлення, заміщення, розкладання), а також електрохімічними (електроліз) та фізичними (випарування, дистиляція, азеотропна дистиляція) процесами.

Найбільшу частину паро- і газоподібних викидів становлять продукти окислення, що утворюються переважно в процесах горіння, коли під час окислення вуглецю виділяється діоксид та оксид вуглецю, при окисленні сірки — діоксид сірки, а при високотемпературному окисленні азоту в печах — оксид і діоксид азоту. Однак при неповному згорянні не відбувається повне окислення органічних речовин і можуть утворюватися альдегіди, кетони або органічні кислоти. Продукти горіння із печей при взаємодії з атмосферою можуть утворювати гідросульфід.

Промислові відновлювальні процеси також бувають джерелами забруднюючих речовин — в основному гідросульфіду при виробництві коксу. Найбільшими джерелами забруднення в хімічній промисловості є процеси карбонізації вугілля і виробництва газового вугілля, сульфат целюлози та ін. Прикладами відновлювальних процесів є виробництво соляної кислоти з хлору і водню, а також виділення гідросульфіту під час розкладання ксатагенату целюлози при виробництві віскозних волокон.

Електрохімічні процеси є джерелом суттєвих забруднень як у металургії, так і в хімічній промисловості.

Значними джерелами забруднення атмосфери в хімічній промисловості є також фізичні процеси, зокрема випарування та дистиляція (наприклад, викид вуглеводнів, хлорпохідних вуглеводнів та інших розчинників, що випаровуються в процесі виробництва, та використання цих продуктів). Дистиляція різних хімічних речовин, включно з смолами, а також деякі нафтоочисні та нафтохімічні процеси — ще одне джерело значних викидів шкідливих речовин в атмосферу.

Джерелом великої кількості забруднення може бути процес випаровування, якщо навіть випаровувати невелику кількість речовин із дуже неприємним запахом у повітрі.

Щоб отримати докладнішу інформацію про джерела й причини забруднення атмосфери промисловими об'єктами, розглянемо два види найбільш поширених в Україні підприємств: машинобудівні та деревообробні.

Забруднення атмосфери викидами машинобудівних підприємств

Сучасне машинобудування в Україні розвивається на базі великих виробничих об'єднань, що включають заготівельні, ковальсько-пресові, ливарні, опоряджувальні цехи, цехи термічного, механічного оброблення металів та інші виробничі дільниці. Сюди також належать випробувальні станції, ТБЦ і допоміжні виробничі підрозділи.

Ливарні цехи. Найбільшими джерелами пило- і газових виділень у ливарних цехах є: вагранки, електродугові та індукційні печі, дільниці складування, перероблення шихти і формувальних матеріалів та ін.

При плавленні 1 т металу у відкритих чавуноливарних вагранках виділяється 900—1200 м3 колошникового газу, до складу якого входять: оксиди вуглецю, сірки та азоту, пари мастил, полідисперсний пил та ін. При розведенні колошникового газу повітрям, що всмоктується через завантажувальне вікно вагранки, кількість газів, які виходять, збільшується в 1,5—3,5 раза [в].

Параметри та склад газів, що виходять з відкритих чавуноливарних вагранок, наведені в табл. 2.3 [6].

Хімічний склад пилу, що виділяється з вагранок, залежить від складу завантажуваного металу, палива, умов роботи вагранки, може коливатися в межах (мас. частки, %): SiO2 — 20—50; СаО — 2—12; Аl2O3 — 0,5—6; МgО — 0,5—4; МnО — 0,5—2,5; (FеО + Fе2O3) — 10—36; С — 30—45.

Дисперсний склад пилу, що виділяється з вагранок, становить:

розміри частинок, мкм < 5 5—10 10—25 25—50 50—75 75—150 > 150 фракційний склад, %

• — при гарячому дутті 16,6 13,3 16,0 13,2 12,5 18,4 10,0
• — при холодному дутті — 2,4 6,2 21,8 26,4 29,9 13,8

Медіанний розмір пилу при гарячому дутті становить 20 мкм, а при холодному — 70 мкм.

У закритих чавуноливарних вагранках продуктивністю 5—10 т/год на 1 т випаленого чавуну виділяється 11—13 кг пилу, 190—200 кг оксиду вуглецю, 0,4 кг діоксиду сірки, 0,7 кг вуглеводнів та ін. Концентрація пилу у відхідних газах становить 5—10 г/м3, медіанний розмір пилу 35 мкм.

У табл. 2.4 наведені викиди забруднюючих речовин електродуговими печами при плавленні сталі [6].

Хімічний склад пилу залежить від марки виплавленої сталі.

Значна кількість пилу й газів виділяється в атмосферу дільницями ливарних цехів, що займаються приготуванням, переробкою, використанням шихти та формувальних матеріалів. Так, наприклад, концентрація пилу, що складається із 35—50 % діоксиду кремнію, у відвідному повітрі становить (мг/м8):

• — при подрібненні матеріалів у кульових млинах — 6—10; в дробарках — 5—12;
• — при приготуванні сумішей ситами — 0,8—4,3; у змішувачах — 1,7—7,4; в грохотах — 0,7—1,5.

Ковальсько-пресові та прокатні цехи. У процесах нагрівання та оброблення металів у цехах виділяються пил, кислоти і масляні аерозолі (туман), оксид вуглецю, діоксид сірки та ін. Викид

Таблиця 2.3. Викиди шкідливих речовин в атмосферу із чавуноливарних вагранок

Таблиця 2.4. Викиди шкідливих речовин в атмосферу електродуговими печами при плавленні сталі

пилу прокатного цеху в середньому становить 200 г на т товарного прокату. Якщо в процесі прокату застосовується вогневе зачищування поверхні заготовок, то виділення пилу зростає до 500— 2000 г на т.

При використанні у ковальсько-пресових цехах для нагрівання металу полум'яних печей в атмосферу викидаються оксиди вуглецю, сірки, азоту та інші продукти згоряння. Для визначення валових викидів шкідливих речовин в атмосферу від нагрівальних печей доцільно користуватися питомими показниками щодо викидів, приведених до одиниці маси (т) або об'єму (м3 або тис. м3) спаленого палива.