Некоторые усредненные данные: 20 % населения постоянно болеет аллергией; 35 % населения промышленных городов – разными болезнями в результате воздействия загрязненной окружающей среды; каждый день на планете умирают 25 тыс. человек из-за некачественной воды; возрос процент рождаемости дефективных детей – до 11 %; увеличился рост онкологических заболеваний и пр.
Тема 3. Анализ опасности технических систем
1. Классификация и основные применения экобиозащитной техники
Для обеспечения экологической безопасности технических систем и технологий используется экобиозащитная техника – средства защиты человека и природной среды от опасных и вредных факторов.
Защита атмосферы от вредных веществ производится с помощью очистки производственных воздушных выбросов от пыли (сухими и мокрыми методами), тумана электрофильтрами и фильтрами из различных материалов), вредных газов (в адсорберах с химиопрепаратами и без них) и паров (конденсации).
Защита гидросферы осуществляется с помощью очистки сточных вод от загрязняющих их примесей с извлечение из сточных вод всех ценных веществ и их переработку, или производить разрушение вредных веществ окислением или восстановлением, затем удалением их в виде газов и осадков. Для реализации указанных методов используются очистные сооружения, через которые должны пропускаться все сточные воды промышленных предприятий и городской канализации.
Для защиты человека в условиях производства, а также при взаимодействии с техническими средствами вне производства применяются разнообразные средства, не допускающие или снижающие до допустимого уровня воздействие опасных и вредных факторов.
Электрические установки должны иметь защитное заземление – соединение корпуса установки с проводником, находящимся под нулевым потенциалом "земли". При этом применяется зануление электроустановок (электрическое соединение с глухозаземленной нейтралью источника тока металлических частей, которые могут оказаться под напряжением) или защитное отключение (быстродействующая защита производит автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения человека электрическим током).
Для защиты от вредных веществ на рабочем месте – например, при пайке, работе с клеями, красками, лазерной обработке материалов – применяется местная вытяжная вентиляция.
Оградительные устройства служат для ограждения движущихся частей машин, мест вылета частиц обрабатываемого материала, зон воздействия высоких температур и вредных излучений.
Вибродемпферы (автомобильные и вагонные рессоры), виброизоляторы (резинометаллические амортизаторы, стальные пружины и др. предохраняют человека от вредного воздействия вибрации при низкочастотной вибрации и прокладки из губчатой резины при высокочастотной вибрации).
Звукоизоляцию повышают сплошные панели из вибродемпфированного материала, наклеиваемый изнутри на корпус источника шума.
2. Аппараты и системы очистки выбросов
Аппараты очистки вентиляционных и технологических выбросов в атмосферу делятся на: пылеуловители (сухие, электрические, фильтры, мокрые); туманоуловители (низкоскоростные и высокоскоростные); аппараты для улавливания паров и газов (абсорбционные, хемосорбционные, адсорбционные и нейтрализаторы); аппараты многоступенчатой очистки (уловители пыли и газов, уловители туманов и твердых примесей, многоступенчатые пылеуловители). Их работа характеризуется эффективностью очистки, гидравлическим сопротивлением и потребляемой мощностью.
В сухих пылеуловителях газовый поток совершает вращательно-поступательное движение, и под действием центробежной силы частицы пыли образует на стенке циклона пылевой слой.
Электрическая очистка производит очистку газов от взвешенных частиц пыли и тумана и основана на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных коронирующих электродах, при этом учитывают электрическое сопротивление слоев пыли.
Для тонкой очистки газов от частиц и капельной жидкости применяют фильтры. Процесс состоит в задержании частиц примесей на пористых перегородках при движении через них дисперсных сред, а классификация фильтров основана типе фильтровой перегородки, конструкции фильтра и его назначении, тонкости очистки.
Аппараты мокрой очистки высокоэффективны для очистки от мелкодисперсных пылей, очистки от пыли нагретых и взрывоопасных газов. Недостатки: образование шлама в процессе очистки, что требует дополнительных систем для переработки, вынос влаги в атмосферу и образование росы и т. д. К ним относят скрубберы Вентури, барботажно-пенные пылеуловители.
Для очистки воздуха от туманов кислот, щелочей, масел и др. применяют волокнистые фильтры – туманоуловители, основанные на осаждении капель на поверхности пор с последующим стеканием жидкости по волокнам в нижнюю часть туманоуловителя.
Метод абсорбции (от газов и паров) основан на поглощении последних жидкостью с применением абсорберов. В хемосорберах происходит поглощение газов и паров жидкими и твердыми поглотителями с образованием малорастворимых или малолетучих химических соединений.
Термическая нейтрализация основана на способности горючих газов и паров, входящих в состав вентиляционных или технологических выбросов, сгорать с образованием менее токсичных веществ.
Для высокоэффективной очистки выбросов применяют аппараты многоступенчатой очистки.
3. Устройства для очистки и нейтрализации жидких отходов
В соответствии с видами процессов, реализуемых при очистке, существуют механические, физико-химические и биологические методы очистки.
1) механическая очистка – процеживание, отстаивание, обработка в поле действия центробежных сил и фильтрование. Процеживание производят в решетках и волокноуловителях с перфорированными дисками в виде движущихся сеток с нанесенным слоем волокнистой массы. Песколовки используют для очистки вод от частиц металла и песка размером более 0,25 мм. Отстойники используют для очистки сточных вод от механических частиц размером более 0,1 мм, а также от частиц нефтепродуктов.
Очистку сточных вод в поле действия центробежных сил осуществляют в открытых или напорных гидроциклонах и центрифугах.
Для очистки больших расходов сточных вод от мелкодисперсных твердых примесей применяют зернистые фильтры, обладающие большой фильтрационной поверхностью, простотой конструкции и высокой эффективностью;
2) физико-химические методы очистки используют для очистки от растворенных примесей и от взвешенных веществ.
Флотация – для интенсификации процесса всплывания маслопродуктов при обволакивании их частиц пузырьками газа, подаваемого в сточную воду.
Экстракция основана на перераспределении примесей в смеси с двух взаимнонерастворимых жидкостей.
Нейтрализация (водно-реагентная, фильтрационная, полусухая) предназначена для выделения и жидких отходов кислот, щелочей, солей металлов на основе кислот и щелочей.
Сорбция применяется для очистки жидких отходов от растворимых примесей с применением мелкодисперсных материалов.
Ионная очистка – для обессоливания и очистки жидких отходов от ионов металлов и других примесей ионитами (синтетическими ионообменными смолами).
Электрохимическая очистка осуществляется электролизом.
Гиперфильтрация реализуется разделением растворов путем фильтрования их через мембраны, поры которых пропускают лишь молекулы воды;
3) биологическая очистка применяется для выделения тонкодисперсных и растворенных органических веществ и основана на способности микроорганизмов использовать для питания содержащиеся в жидких отходах органические вещества. Применяются биофильтры с принудительной и естественной подачей воздуха. В качестве фильтра используют шлаки, щебень, керамзит, пластмассу, гравий и др. Аэротенки используют для очистки больших расходов жидких отходов. Окситенки обеспечивают более интенсивный процесс окисления органических примесей.
4. Защитные экраны
Защитный экран – устройство с поверхностью поглощающей преобразующей или отражающей, преобразующей излучения различных видов энергии. Применяется для защиты от излучения, например радиационного или теплового.
Теплозащитные экраны применяются для локализации источников лучистой теплоты, уменьшения облученности на рабочих местах и снижения температуры поверхностей, окружающих рабочее место. Ослабление теплового потока за экраном обусловлено его поглотительной и отражательной способностью и различают теплоотражающие, теплопоглощающие, теплоотводящие экраны. По степени прозрачности экраны делят на три класса: непрозрачные (металлические водоохлаждаемые и футеорированные асбестовые, альфолиевые, алюминиевые экраны) полупрозрачные (из металлической сетки, цепные завесы, экраны из стекла, армированного металлической сеткой; все эти экраны могут орошаться водяной пленкой) и прозрачные (из различных стекла: силикатного, кварцевого и органического, бесцветного, окрашенного и металлизированного, пленочные водяные завесы, свободные и стекающие по стеклу и др.).
Экранирование электромагнитных полей также необходимо, так как он имеет зоны индукции и излучения. Различают экранирование магнитного, электрического и электромагнитного (плоская волна) полей. В большинстве случаев с двух сторон от экрана находится одна и та же диэлектрическая среда (воздух). При экранировании магнитного поля необходимо учитывать особенности материала, из которого изготовлен экран.