Реферат Состояние биосферы озонирование сточных вод
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Содержание.
1. Современное экологическое состояние биосферы...........................................2
1.1. Изменение состава атмосферы и климата..............................................3
1.2. Загрязнение природных вод.....................................................................5
1.3. Сведение лесов..........................................................................................7
1.4. Истощение и загрязнение почвы.............................................................8
1.5. Сокращение природного разнообразия..................................................9
2. Очистка запыленного воздуха в фильтрах. Достоинства и недостатки.......10
2.1. Вентиляция как средство защиты воздушной среды производственных помещений............................................................................11
2.2. Оборудование для вентиляционных систем......................................21
2.3. Устройства очистки воздуха...............................................................23
3. Озонирование сточных вод.............................................................................25
3.1. Бактерецидное действие озона.............................................................26
3.2. Действия озона на споры, цисты и другие патогенные микробы......28
3.3. Универсальный характер дейстия озона..............................................28
3.4. Принципиальная технологическая схема озонирования....................30
Список литературы................................................................................................33
1. В буквальном переводе термин “биосфера” обозначает сферу жизни и в таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 – 1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями.
Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина "биосфера" Э.Зюсс в своей книге "Лик Земли", опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитающую на поверхности Земли".
Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 – 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.
Биосфера (в современном понимании) – своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.
Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.
Все живые организмы, населяющие нашу планету, существуют не сами по себе, они зависят от окружающей среды и испытывают на себе ее воздействия. Это точно согласованный комплекс множества факторов окружающей среды, и приспособление к ним живых организмов обуславливает возможность существования всевозможных форм организмов и самого различного образования их жизни.
Изменение состава атмосферы и климата.
Наиболее разрушительно из воздействий деятельности человека на сообщества - выделение загрязнителей. Напомним, что загрязнители является любое вещество, попадающее в атмосферу, почву или природные воды и нарушающее идущие там биологические иногда и физические или химические процессы. К загрязнителям нередко относят радиоактивное излучение и тепло. Загрязнение среды - одна из самых острых проблем. Вследствие деятельности человека, в атмосферу поступают углекислый газ СО2 и угарный газ СО, диоксид серы SO2, метан СН4, оксиды азотa NO2, NO, N2O. Основные источники их поступления — это сжигание ископаемого топлива, выжигание лесов и выбросы промышленных предприятий. При использовании аэрозолей в атмосферу поступают хлорфторуглероды, в результате работы транспорта — углеводороды (бензапирен и др.).
За счет газов антропогенного происхождения образуются кислотные осадки и смог. Кислотные осадки — серная и азотная кислоты, образующиеся при растворении в воде диоксидов серы и азота, и выпадающие на поверхность Земли вместе с дождем, туманом, снегом или пылью. Попадая в озера, кислотные осадки нередко вызывают гибель рыб или всего животного населения. Они также могут вызывать повреждения листвы, а часто гибель растений, ускорять коррозию металлов и разрушение здания. Кислотные дожди большей частью наблюдаются в районах с развитой промышленностью. Хотя капельки воды и быстро удаляются из атмосферы, они все же распространяются на сотни километров от производящих выбросы теплостанций, промышленных предприятий и т. д.
В результате сложных химических реакций смеси газов (главным образом окислов азота и углеводородов, содержащихся в выхлопных газах автомобилей), протекающих в нижних слоях атмосферы под действием солнечного света, образуются различные вещества, снижающие видимость, которые получили название смога. Смог крайне вреден для живых организмов. Одним из вредных компонентов смога является и озон (О3). В крупных городах при образовании смога его естественная концентрация (1*10'8) повышается в 10 и более раз. Озон здесь начинает оказывать вредное воздействие на легкие и слизистые оболочки человека и на растительность.
С антропогенными изменениями атмосферы связано и разрушение озонового слоя, который является защитным экраном от ультрафиолетового излучения. Особенно быстро процесс разрушения озонового слоя происходит над полюсами планеты, где появились так называемые озоновые дыры. В 1987 году зарегистрирована расширяющаяся год от года (темпы расширения — 4% в год — озоновая дыра над Антарктикой (выходящая за контуры материка) и менее значительное аналогичное образование в Арктике.
Опасность истощения озонового слоя заключается в том, что может снизиться поглощение губительного для живых организмов ультрафиолетового излучения. Ученые считают, что основной причиной истощения озонового слоя (экрана) является применение людьми хлорфторуглеродов (фреонов), которые широко используются в быту и производстве в виде аэрозолей, дореагентов, пенообразователей, растворителей и т. д. В 1990 году мировое производство озоноразрушающих веществ составляло более 1300 тыс. тонн. Хлорфторуглероды (CFC13 и CF2C12), попадая в атмосферу, разлагаются в стратосфере с выделением атомов хлора, которые катализируют превращение озона в кислород. В нижних слоях атмосферы фреоны могут сохраняться в течение десятилетий. Отсюда они поступают в стратосферу, где в настоящее время их содержание ежегодно увеличивается на 5 процентов. Предполагается, что одной из причин истощения озонового слоя может быть и сведение лесов как продуцентов кислорода на Земле.
Быстрыми темпами растет в атмосфере содержание углекислого газа и метана. Эти газы обусловливают «парниковый эффект».
Они пропускают солнечный свет, но частично задерживают тепловое излучение, испускаемое поверхностью Земли. За последние 100 лет концентрация в атмосфере углекислого газа выросла на 25%, а метана — на 100%. Это сопровождалось глобальным повышением температуры. Так, за 80-е гг. средняя температура воздуха в северном полушарии повысилась по сравнению с концом XIX столетия на 0,5-0,6°С. На Земле, по прогнозам, средняя температура к 2000 году повысится на 1,2°С, а в ближайшие 50 лет — на 2-5°С по сравнению с доиндустриальной эпохой. Потепление может привести к интенсивному таянию ледников и повышению на 0,5-1,5 м уровня Мирового океана, при этом окажутся затопленными многие густонаселенные прибрежные районы. Однако при общем увеличении количества осадков в центральных районах материков климат может стать более засушливым. Например, в 80-90-х годах XX столетия в Африке и Северной Америке участились катастрофические засухи, которые связывают с глобальным потеплением.
На примере загрязнения атмосферы видно, что даже слабые воздействия могут приводить к крупным неблагоприятным последствиям для природных систем.
Загрязнение природных вод.
Человечество практически полностью зависит от поверхностных вод суши - рек и озер. Эта ничтожная часть водных ресурсов (0,016%) подвергается наиболее интенсивному воздействию. Вода рек и озер покрывает потребности человечества в питьевой воде, используется на орошении в сельском хозяйстве, в промышленности, служит для охлаждения атомных и тепловых электростанций. На все виды водопользования тратится 2200 км3 воды в год. Потребление воды постоянно растет, и одна из опасностей — исчерпание ее запасов. К примеру, забор воды на орошение из рек Средней Азии привел к обмелению Аральского моря, которое практически перестало существовать. Со дна высохшего моря соль разносится ветром на сотни километров, вызывая засоление почв. Не менее грозное явление — загрязнение пресных водоемов. В 1991 году в Российской Федерации со сточными водами было сброшено в водоемы (в тыс. тонн): 1200 взвешенных веществ, 190 аммонийного азота, 58 фосфора, 50 железа, 30 нефтепродуктов, 11 СПАВ, 2,1 цинка, 0,8 меди, 0,3 фенолов их т.д. Соли тяжелых металлов (ртути, свинца, цинка, меди и др.) накапливаются в иле на дне водоемов и в тканях организмов, составляющих пищевые цепи. При попадании в организм человека соли тяжелых металлов вызывают тяжелейшие отравления.
Уникальным по запасам пресной воды является озеро Байкал. Это 1/5 мировых запасов пресной воды (исключая льды) и более 4/5 запасов России. При объеме 23 тыс. км3 в озере ежегодно воспроизводится около 60 км3 чистейшей пресной воды. Неповторимое качество обеспечивается жизнедеятельностью уникального, тонко настроенного биоценоза Байкала, которое содержит в своем составе самое большое в мире количество эндемических форм организмов. Однако тревогу вызывает все возрастающее количество хозяйственных стоков.
В 1990 году объем хозяйственных стоков, поступающих в Байкал, достиг 200 млн. м3. Нередко стоки несут губительные для гидробионтов вещества такие, как ртуть, цинк, вольфрам, молибден. Загрязнение водоемов происходит не только отходами промышленного производства, но и попаданием с полей в водоемы органики, минеральных удобрений, пестицидов, применяемых в сельском хозяйстве.
При разложении органики затрачивается кислород, в связи с этим его содержание в воде снижается, и многие животные гибнут. Минеральные удобрения вызывают бурное развитие водорослей, приводящее зачастую к ухудшению качества воды и исчезновению наиболее ценных видов рыб. Многие пестициды обладают высокой устойчивостью и накапливаются в тканях организмов. При этом в организмах каждого следующего трофического уровня их содержание повышается в несколько раз, а иногда в десятки раз.
Научные открытия и развитие физико-химических технологий в XX столетии привели к появлению искусственных источников радиации, представляющих потенциальную опасность для человечества и всей биосферы. Так, по Т.А. Акимовой, В.В. Хаскину (1994), многолетняя деятельность ПО «Маяк» (Челябинская область) привела к накоплению чрезвычайно больших количеств радионуклидов и загрязнений Уральского региона (районов Челябинской, Свердловской, Курганской и Тюменской областей). Сброс отходов радиохимического производства в 1949-1951 гг. в открытую гидрологическую систему Обского бассейна через реку Теча, а также в результате аварий 1957 и 1967 гг. в окружающую среду было выброшено 23 млн. кюри. Радиационное загрязнение охватило территорию 25 тыс. км2 с населением более 500 тыс. человек.
Морские воды также подвергаются загрязнению. С реками и со стоками прибрежных промышленных и сельскохозяйственных предприятий ежегодно выносятся в моря миллионы тонн химических отходов, а с коммунальными стоками и органических соединений. Из-за аварий танкеров и нефтедобывающих установок в океан попадает по разным источникам не менее 5 млн. тонн нефти в год, вызывая гибель многих водных животных, морских птиц. Опасения вызывают захоронения ядерных отходов на дне морей, затонувшие корабли с ядерными реакторами и ядерным оружием на борту. Наиболее значительные скопления таких источников находятся в Баренцевом, Карском и Японском морях. Более 20 лет военными использовались акватории вблизи Новой Земли и Кольского полуострова в качестве ядерной свалки.
Сведение лесов.
Сведения лесов - одна из важнейших глобальных экологических проблем современности. В функционировании природных экосистем роль лесных сообществ огромна. Лес поглощает атмосферное загрязнение антропогенного происхождения, защищает почву от эрозии, регулирует сток поверхностных вод, препятствует снижению уровня грунтовых вод и т. д.
Уменьшение площади лесов вызывает нарушение круговоротов кислорода и углерода в биосфере. Хотя катастрофические последствия сведения лесов широко известны, их уничтожение продолжается. Леса на нашей планете занимают площадь около 42 млн. км2, но их площадь ежегодно уменьшается на 2%. Несмотря на то, что Россия имеет самую большую в мире площадь лесов (на каждого жителя приходится около 5 га лесных угодий), используется это богатство не эффективно. По мнению академика М. Я. Лемешева, массовые экстенсивные лесозаготовки, базирующиеся на сплошных вырубках, к концу XX столетия охватили по существу весь гослесофонд страны. Эти рубки зачастую подрывают основы лесного воспроизводства, особенно в европейской части России и на Урале.
Сведение лесов влечет за собой гибель их богатейших фауны и флоры. Человек должен помнить, что его существование на планете неразрывно связано с жизнью и благополучием лесных экосистем.
Истощение и загрязнение почвы.
Почвы являются еще одним ресурсом, который подвергается чрезмерной эксплуатации и загрязняется. Несовершенство сельскохозяй-ственного производства - основная причина сокращения площади плодо-родных почв. Плодородный слой почвы при неправильной распашке часто смывается выпадающими осадками (водная эрозия), или развеивается ветром (ветровая эрозия), происходит образование оврагов.
Распашка обширных степных площадей в России и других странах стала причиной пыльных бурь и гибели миллионов гектаров плодороднейших земель.
Эрозия почвы в XX столетии стала всемирным злом. Подсчитано, что в результате водной и ветровой эрозий в этот период на планете потеряно 2 млрд. га плодородных земель активного сельскохозяйственного использования.
Избыточное орошение, в первую очередь в условиях жаркого климата, может вызывать засоление почв. Это также одна из основных причин выпадения пахотных земель из сельскохозяйственного оборота. Радиоактив-ное загрязнение почвы несет большую опасность. Радиоактивные вещества из почв попадают в растения, затем в организмы животных и человека, накапливаются в них, вызывая различные заболевания. Долгоживущие радиоактивные элементы сохраняются в экосистемах сотни лет. Особую опасность представляют химические средства защиты, особенно органические соединения, применяемые в сельском хозяйстве в борьбе с вредителями, болезнями и сорняками. Неумелое и бесконтрольное использование пестицидов приводит к их накоплению в почве, воде, донных отложениях водоемов.
Важно помнить, что они включаются в экологические пищевые цепи, переходят из почвы и воды в растения, затем в животных, а в конечном итоге попадают с пищей в организм человека.
Сокращение природного разнообразия.
Чрезвычайная эксплуатация, загрязнение, а зачастую и просто варварское уничтожение природных сообществ, приводят к резкому снижению разнообразия живого. Вымирание животных, свидетелями которого мы являемся, может стать крупнейшим в истории нашей планеты. С лица Земли за последние 300 лет исчезло больше видов птиц и млекопитающих, чем за предшествующие 10000 лет. Вымирание крупных животных драматично, и они, естественно, подлежат охране. Следует помнить, что главный ущерб разнообразию состоит не в их гибели из-за прямого преследования и уничтожения, а в том, что в связи с освоением новых площадей для сельскохозяйственного производства, развитием промышленности и загрязнением среды площади многих природных экосистем оказываются нарушенным Это так называемое « косвенное воздействие» приводит к вымиранию десятков и сотен видов животных и растений, многие из которых не были известны и никогда не будут описаны наукой. Значительно ускорился процесс вымирания, например, животных в связи с уничтожением тропических лесов. За последние 200 лет их площадь сократилась почти вдвое и продолжает сокращаться со скоростью 15-20 гектаров в минуту. Практически полностью исчезли степи в Евразии и прерии в США. Сообщества тундры также интенсивно разрушаются. Во многих районах находятся под угрозой коралловые рифы и другие морские сообщества.
В нарушенных, обеденных из-за воздействия человека сообществах в наше время уже возникают новые виды с непредсказуемыми свойствами. Следует ожидать, что этот процесс будет лавинообразно нарастать. При внедрении этих видов в «старые» сообщества может произойти их разрушение и наступить экологический кризис.
2. Одним из необходимых условий здорового и высокопроизводительного труда является обеспечение чистоты воздуха и нормальных метеорологических условий в рабочей зоне помещений, т. е. пространстве высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, где находятся рабочие места.
Атмосферный воздух в своем составе содержит (% по объему): азота - 78,08; кислорода - 20,95; аргона, неона и других инертных газов - 0,93; углекислого газа - 0,03; прочих газов - 0,01. Воздух такого состава наиболее благоприятен для дыхания. Воздух рабочей зоны редко имеет приведенный выше химический состав, так как многие технологические процессы сопровождаются выделением в воздух производственных помещений вредных веществ - паров, газов, твердых и жидких частиц. Пары и газы образуют с воздухом смеси, а твердые и жидкие частицы вещества - дисперсные системы - аэрозоли, которые делятся на пыль (размер твердых частиц более 1 мкм), дым (менее 1 мкм) и туман (размер жидких частиц менее 10 мкм). Пыль бывает крупно- (размер частиц более 50 мкм), средне- (50 - 10 мкм) и мелкодисперсной (менее 10 мкм).
Поступление в воздух рабочей зоны того или иного вредного вещества зависит от технологического процесса, используемого сырья, а также от промежуточных и конечных продуктов. Так, пары выделяются в результате применении различных жидких веществ, например, растворителей, ряда кислот, бензина, ртути и т. д. а газы - чаще всего при проведении технологического процесса, например, при сварке, литье, термической обработке металлов.
Причины выделения пыли на предприятиях машиностроения могут быть самыми разнообразными. Пыль образуется при дроблении и размоле, транспортировании измельченного материала, механической обработке хрупких материалов, отделке поверхности (шлифовании, глянцевании), упаковке и расфасовке и т. п. Эти причины пылеобразования являются основными, или первичными. В условиях производства может возникать и вторичное пылеобразование, например, при уборке помещений, движении людей и т. п. Такое выделение пыли иногда бывает весьма нежелательным (в электровакуумной промышленности, приборостроении).
Вентиляция как средство защиты воздушной среды производственных помещений
Задачей вентиляции является обеспечение чистоты воздуха и заданных метеорологических условий в производственных помещениях. Вентиляция достигается удалением загрязненного или нагретого воздуха из помещения и подачей в него свежего воздуха.
По способу перемещения воздуха вентиляция бывает с естественным побуждением (естественной) и с механическим (механической). Возможно также сочетание естественной и механической вентиляции (смешанная вентиляция).
Вентиляция бывает приточной, вытяжной или приточно-вытяжной в зависимости от того, для чего служит система вентиляции, - для подачи (притока) или удаления воздуха из помещения или (и) для того и другого одновременно.
По месту действия вентиляция бывает общеобменной и местной.
Действие общеобменной вентиляции основано на разбавлении загрязненного, нагретого, влажного воздуха помещения свежим воздухом до предельно допустимых норм. Эту систему вентиляции наиболее часто применяют в случаях, когда вредные вещества, теплота, влага выделяются равномерно по всему помещению. При такой вентиляции обеспечивается поддержание необходимых параметров воздушной Среды во всем объеме помещения.
Воздухообмен в помещении можно значительно сократить, если улавливать вредные вещества в местах их выделения. С этой целью технологическое оборудование, являющееся источником выделения вредных веществ, снабжают специальными устройствами, от которых производится отсос загрязненного воздуха. Такая вентиляция называется местной вытяжкой.
Местная вентиляция по сравнению с общеобменной требует значительно меньших затрат на устройство и эксплуатацию.
В производственных помещениях, в которых возможно внезапное поступление в воздух рабочей зоны больших количеств вредных паров и газов, наряду с рабочей предусматривается устройство аварийной вентиляции.
На производстве часто устраивают комбинированные системы вентиляции (общеобменную с местной, общеобменную с аварийной и т.п.).
Для эффективной работы системы вентиляции важно, чтобы еще на стадии проектирования были выполнены следующие технические и санитарно-гигиенические требования.
1. Количество приточного воздуха должно соответствовать количеству удаляемого (вытяжки); разница между ними должна быть минимальной.
В ряде случаев необходимо так организовать воздухообмен, чтобы одно количество воздуха обязательно было больше другого. Например, при проектировании вентиляции двух смежных помещений, в одном из которых выделяются вредные вещества. Количество удаляемого воздуха из этого помещения должно быть больше количества приточного воздуха, в результате чего в помещении создается небольшое разрежение.
Возможны такие схемы воздухообмена, когда во всем помещении поддерживается избыточное по отношению к атмосферному давление. Например, в цехах электровакуумного производства, для которого особенно важно отсутствие пыли.
2. Приточные и вытяжные системы в помещении должны быть правильно размещены. Свежий воздух необходимо подавать в те части помещения, где количество вредных веществ минимально, а удалять, где выделения максимальны.
Приток воздуха должен производиться, как правило, в рабочую зону, а вытяжка - из верхней зоны помещения.
3. Система вентиляции не должна вызывать переохлаждения или перегрева работающих.
4. Система вентиляции не должна создавать шум на рабочих местах, превышающий предельно допустимые уровни.
5. Система вентиляции должна быть электро-, пожаро- и взрывобезопасна, проста по устройству, надежна в эксплуатации и эффективна.
Естественная вентиляция. Воздухообмен при естественной вентиляции происходит вследствие разности температур воздуха в помещении и наружного воздуха, а также в результате действия ветра.
Естественная вентиляция может быть неорганизованной и организованной.
При неорганизованной вентиляции поступление и удаление воздуха происходит через неплотности и поры наружных ограждений (инфильтрация), через окна, форточки, специальные проемы (проветривание).
Организованная естественная вентиляция осуществляется аэрацией и дефлекторами, и поддается регулировке.
Аэрация. Осуществляется в холодных цехах за счет ветрового давления, а в горячих цехах за счет совместного и раздельного действия гравитационного и ветрового давлений. В летнее время свежий воздух поступает в помещение через нижние проемы, расположенные на небольшой высоте от пола (1-1,5 м), а удаляется через проемы в фонаре здания.
Поступление наружного воздуха в зимнее время осуществляется через проемы, расположенные на высоте 4-7 м от пола. Высота принимается с таким расчетом, чтобы холодный наружный воздух, опускаясь до рабочей зоны, успел достаточно нагреться за счет перемешивания с теплым воздухом помещения. Меняя положение створок, можно регулировать воздухообмен.
При обдувании зданий ветром с наветренной стороны создается повышенное давление воздуха, а на заветренной стороне - разрежение.
Под напором воздуха с наветренной стороны наружный воздух будет поступать через нижние проемы и, распространяясь в нижней части здания, вытеснять более нагретый и загрязненный воздух через проемы в фонаре здания наружу. Таким образом, действие ветра усиливает воздухообмен, происходящий за счет гравитационного давления.
Преимуществом аэрации является то, что большие объемы воздуха подаются и удаляются без применения вентиляторов и воздуховодов. Система аэрации значительно дешевле механических систем вентиляции.
Недостатки: в летнее время эффективность аэрации снижается вследствие повышения температуры наружного воздуха; поступающий в помещение воздух не обрабатывается (не очищается, не охлаждается).
Вентиляция с помощью дефлекторов. Дефлекторы представляют собой специальные насадки, устанавливаемые на вытяжных воздуховодах и использующие энергию ветра. Дефлекторы применяют для удаления загрязненного или перегретого воздуха из помещений сравнительно небольшого объема, а также для местной вентиляции, например, для вытяжки горячих газов от кузнечных горнов, печей и т.д.
| | |
| | |
В настоящее время наибольшее распространение получил дефлектор ЦАГИ (рис.12).
Рис. 12. Дефлектор ЦАГИ.
1 - диффузор, 2 - цилиндрическая обечайка, 3 - колпак, 4 - конус, 5 - патрубок
Ветер, обдувая обечайку дефлектора, создает разрежение на большей части его окружности, вследствие чего воздух из помещения движется по воздуховоду и патрубку 5 и затем выходит наружу через две кольцевые щели между обечайкой 2 и краями колпака 3 и конуса 4. Эффективность работы дефлекторов зависит главным образом от скорости ветра, а также высоты установки их над коньком крыши.
Механическая вентиляция
В системах механической вентиляции движение воздуха осуществляется вентиляторами и в некоторых случаях эжекторами.
Приточная вентиляция. Установки приточной вентиляции обычно состоят из следующих элементов (рис. 13,а ): воздухозаборное устройство 1 для забора чистого воздуха; воздуховоды 2, по которым воздух подается в помещение; фильтры 3 для очистки воздуха от пыли; калориферы 4 для нагрева воздуха; вентилятор 5; приточные насадки 6; регулирующие устройства, которые устанавливаются в воздухоприемном устройстве и на ответвлениях воздуховодов.
Вытяжная вентиляция. Установки вытяжной вентиляции включают в себя (рис. 8,б ): вытяжные отверстия или насадки 7; вентилятор 5; воздуховоды 2; устройство для очистки воздуха от пыли и газов 8; устройство для выброса воздуха 9, которое должно быть расположено на 1-1,5 м выше конька крыши.
| | |
| | |
Рис. 13. Механическая вентиляция:
а) – приточная; б) – вытяжная; в) – приточно-вытяжная.
При работе вытяжной системы чистый воздух поступает в помещение через неплотности в ограждающих конструкциях. В ряде случаев это обстоятельство является серьезным недостатком данной системы вентиляции, так как неорганизованный приток холодного воздуха (сквозняки) может вызвать простудные заболевания.
Приточно-вытяжная вентиляция. В этой системе воздух подается в помещение приточной вентиляцией, а удаляется вытяжной вентиляцией (рис.13,а и б), работающими одновременно.
Приточно-вытяжная вентиляция с рециркуляцией (рис.13,в) характерна тем, что воздух, отсасываемый из помещения 10 вытяжной системой, частично повторно подают в это помещение через приточную систему, соединенную с вытяжной системой воздуховодом 11. Регулировка количества свежего, вторичного и выбрасываемого воздуха производится клапанами 12. В результате использования такой системы достигается экономия расходуемой теплоты на нагрев воздуха в холодное время года и на его очистку.
Для рециркуляции разрешается использовать воздух помещений, в которых отсутствуют выделения вредных веществ или выделяющиеся вещества относятся к 4-му классу опасности, причем концентрация этих веществ в подаваемом в помещение воздухе не превышает 0,3 концентрации ПДК.
Местная вентиляция.
Местная вентиляция бывает приточной и вытяжной.
Местная приточная вентиляция служит для создания требуемых условий воздушной среды в ограниченной зоне производственного помещения. К установкам местной приточной вентиляции относятся: воздушные души и оазисы, воздушные и воздушно-тепловые завесы.
Воздушное душирование применяют в горячих цехах на рабочих местах под воздействием лучистого потока теплоты интенсивностью 350 Вт/м2 и более. Воздушный душ представляет собой направленный на рабочего поток воздуха. Скорость обдува составляет 1-3,5 м/с в зависимости от интенсивности облучения. Эффективность душирующих агрегатов повышается при распылении воды в струе воздуха.
Воздушные оазисы - это часть производственной площади, которая отделяется со всех сторон легкими передвижными перегородками и заполняется воздухом более холодным и чистым, чем воздух помещения.
Воздушные и воздушно-тепловые завесы устраивают для защиты людей от охлаждения проникающим через ворота холодным воздухом, проникающим через ворота. Завесы бывают двух типов: воздушные с подачей воздуха без подогрева и воздушно-тепловые с подогревом подаваемого воздуха в калориферах.
Работа завес основана на том, что подаваемый воздух к воротам выходит через специальный воздуховод с щелью под определенным углом с большой скоростью (до 10-15 м/с) навстречу входящему холодному потоку и смешивается с ним. Полученная смесь более теплого воздуха поступает на рабочие места или (при недостаточном нагреве) отклоняется в сторону от них. При работе завес создается дополнительное сопротивление проходу холодного воздуха через ворота.
Местная вытяжная вентиляция. Ее применение основано на улавливании и удалении вредных веществ непосредственно у источника их образования.
Устройства местной вытяжной вентиляции делают в виде укрытий или местных отсосов.
Укрытия с отсосом характерны тем, что источник вредных выделений находится внутри них. Они могут быть выполнены как укрытия-кожухи, полностью или частично заключающие оборудование (вытяжные шкафы, витринные укрытия, кабины и камеры). Внутри укрытий создается разрежение, в результате чего вредные вещества не могут попасть в воздух помещения. Такой способ предотвращения выделения вредных веществ в помещении называется аспирацией. Аспирационные системы обычно блокируют с пусковыми устройствами технологического оборудования с тем, чтобы отсос вредных веществ производился не только в месте их выделения, но и в момент образования.
Полное укрытие машин и механизмов, выделяющих вредные вещества, - наиболее совершенный и эффективный способ предотвращения их попадания в воздух помещения. Важно еще на стадии проектирования разрабатывать технологическое оборудование таким образом, чтобы такие вентиляционные устройства органически входили бы в общую конструкцию, не мешая технологическому процессу и одновременно полностью решая санитарно-гигиенические задачи.
Защитно-обеспыливающие кожухи устанавливаются на станки, на которых обработка материалов сопровождается пылевыделением и отлетанием крупных части, которые могут нанести травму. Это шлифовальные, обдирочные, полировальные, заточные станки по металлу, деревообрабатывающие станки и др.
Вытяжные шкафы находят широкое применение при термической и гальванической обработке металлов, окраске, развеске и расфасовке сыпучих материалов, при различных операциях, связанных с выделением вредных газов и паров.
Кабины и камеры представляют собой емкости определенного объема, внутри которых производятся работы, связанные с выделением вредных веществ (пескоструйная и дробеметная обработка, окрасочные работы и т.д.).
Вытяжные зонты применяют для локализации вредных веществ, поднимающихся вверх, а именно при тепло- и влаговыделениях.
Всасывающие панели применяют в тех случаях, когда применение вытяжных зонтов недопустимо по условию попадания вредных веществ в органы дыхания работающих. Эффективным местным отсосом является панель Чернобережского, применяемая при таких операциях, как газовая сварка, пайка и т.п.
Пылегазоприемники, воронки применяются при проведения пайки и сварочных работ. Они располагаются в непосредственной близости от места пайки или сварки.
Бортовые отсосы. При травлении металлов и нанесении гальванопокрытий с открытой поверхности ванн выделяются пары кислот, щелочей, при цинковании, меднении, серебрении - чрезвычайно вредный цианистый водород, при хромировании - окись хрома и т.д. Для локализации этих вредных веществ используют бортовые отсосы, представляющие собой щелевидные воздуховоды шириной 40-100 мм, устанавливаемые по периферии ванн.
Принцип действия бортового отсоса состоит в том, что затягиваемый в щель воздух, двигаясь над поверхностью жидкости, увлекает с собой вредные вещества, не давая им распространиться вверх по помещению.
Оборудование для вентиляционных систем.
Вентиляторы - это воздуходувные машины, создающие определенное давление и служащие для перемещения воздуха при потерях давления в вентиляционной сети не более 12 кПа. Наиболее распространенными являются осевые и радиальные (центробежные) вентиляторы.
Осевой вентилятор представляет собой лопаточное колесо, расположенное в цилиндрическом кожухе. При вращении колеса воздух под действием лопаток перемещается в осевом направлении. Преимуществами осевых вентиляторов являются простота конструкции, возможность эффективного регулирования производительности посредством поворота лопаток, большая производительность, реверсивность работы. К недостаткам относятся относительно малая величина давления и повышенный шум.
Радиальный (центробежный) вентилятор состоит из спирального корпуса с размещенным внутри лопаточным колесом. При вращении колеса воздух поступает через входное отверстие в корпусе, попадает между лопатками и под действием центробежной силы перемещается по каналам между лопатками и выбрасывается через выпускное отверстие.
В зависимости от состава перемещаемого воздуха вентиляторы изготовляют из определенных материалов и различной конструкции:
1) обычного исполнения для перемещения чистого воздуха, изготавливаются из обычных сортов стали;
2) антикоррозионного исполнения - для перемещения агрессивных сред, хромистые и хромоникелевые стали винипласт и т.д.;
3) искрозащитного исполнения - для перемещения взрывоопасных смесей (содержащих водород, ацетилен и т.п.), основные детали изготавливаются из алюминия и дюралюминия, устанавливается сальниковое уплотнение на валу;
4) пылевые - для перемещения пыльного воздуха, рабочие колеса изготавливают из материалов повышенной прочности, они имеют мало (4-8) лопаток.
Эжекторы применяют в вытяжных системах в тех случаях, когда необходимо удалить очень агрессивную среду, пыль, способную к взрыву не только от удара, но и от трения, или легко воспламеняющиеся взрывоопасные газы (ацетилен, эфир и т.д.).
Принцип действия эжектора следующий (рис.14). Воздух, нагнетаемый расположенным вне помещения компрессором, подводится по трубе 1 (рис. ) к соплу 2 и, выходя из него с большой скоростью, создает за счет эжекции разрежение в камере 3, куда подсасывается воздух из помещения. В конфузоре 4 и горловине 5 происходит перемешивание эжектируемого (из помещения) и эжектирующего воздуха. Диффузор 6 служит для преобразования динамического давления в статическое. Недостатком эжектора является низкий к.п.д, не превышающий 0,25.
| | |
| | |
Рис.14. Эжектор.
Устройства очистки воздуха.
Очистка воздуха от пыли может быть грубой, средней и тонкой.
Для грубой и средней очистки применяют пылеуловители, действие которых основано на использовании сил тяжести или инерционных сил: пылеосадительные камеры, циклоны, вихревые, жалюзийные, камерные и ротационные пылеуловители (ротоклоны).
Пылеосадительные камеры (рис.15) применяют для осаждения крупной и тяжелой пыли с размером частиц более 100 мкм. Скорость воздуха в поперечном сечении корпуса 2 не более 0,5 м/с. Поэтому габариты камер получаются довольно большими, что ограничивает их применение.
Рис. 15. Пылеосадительная камера:
1 – входной патрубок; 2 – корпус; 3 – выходной патрубок; 4 – бункер.
Циклоны применяют для очистки воздуха от сухой неволокнистой и неслипающейся пыли (рис.16).
| | |
| | |
Рис. 16. Схема циклона:
1 -входной патрубок; 2 - выхлопная труба; 3 - цилиндрическая часть; 4 - коническая часть; 5 - патрубок выхода пыли.
Для очистки приточного воздуха от пыли и тумана применяют электрофильтры. Работа электрофильтров основана на создании сильного электрического поля при помощи выпрямленного тока высокого напряжения (до 35 кВ), подводимого к коронирующим и осадительным электродам. При прохождении запыленного воздуха через зазор между электродами происходит ионизация молекул воздуха с образованием положительных и отрицательных ионов. Ионы, адсорбируясь на частицах пыли, заряжают их положительно или отрицательно. Пыль, получившая заряд отрицательного знака, стремится осесть на положительном электроде, а положительно заряженная пыль оседает на отрицательных электродах.
Эти электроды периодически встряхиваются с помощью специального механизма, пыль собирается в бункере и периодически удаляется (рис.17).
Для средней и тонкой очистки воздуха широко используются фильтры, в которых запыленный воздух пропускается через пористые фильтрующие материалы. Если размер частиц пыли больше размера пор фильтрующего материала, то действует поверхностный (сеточный) эффект пылеулавливания. Если размер частиц пыли меньше размера пор, то пыль проникает в фильтрующий материал и оседает на частицах или волокнах, образующих этот материал. Такой процесс фильтрования называется глубинным.
В качестве фильтрующих материалов применяют ткани, войлоки, бумагу, сетки, набивки волокон, металлическую стружку, фарфоровые или металлические полые кольца, пористую керамику или пористые металлы.
| | |
| | |
Рис.17. Двухзонные электрофильтры ФЭ и РИОН:
1 и 2 - положительные и отрицательные электроды соответственно;
3, 4 - осадительные электроды.
3. Интерес к применению озона при подготовке питьевой воды объясняется тем, что озон как сильнейший окислитель имеет ряд преимуществ перед другими реагентами. Озонирование не только обеспечивает быстрое и надёжное обеззараживание, но вызывает и весьма значительное улучшение органолептических свойств воды, т.к. в результате обработки озоном устраняются привкусы и запахи, цветность воды. Кроме того, возрастает содержание растворённого кислорода, что возвращает очищенной воде одно из основных свойств, характеризующих чистые природные источники.
В некоторых случаях озонирование может быть использовано с главной целью - устранения неприятных привкусов и запахов воды загрязнённых поверхностных источников, которые иногда приходится применять для хозяйственно-питьевого потребления. Воды незагрязнённые, но имеющие значительную цветность, могут быть обесцвечены с помощью озона, действие которого в этом отношении является весьма эффективным.
Озонирование также позволяет удалять из воды железо и марганец в тех случаях, когда деферризация и детонганация с помощью общеизвестных методов не дают достаточно удовлетворительных результатов.
Наконец, озонирование является почти незаменимым способом обеззараживания минеральных вод («Нарзан», «Боржоми» и т.д.), а также при производстве фруктовых вод (например, лимонада).
Бактерецидное действие озона.
С гигиеничной точки зрения метод озонирования воды имеет существенные преимущества благодаря высокому окислительно-восстановительному потенциалу бактерицидного действия.
Доза озона, необходимая для обеззараживания воды, варьируется в зависимости от содержания в воде органических веществ, от температуры воды и от величины активной реакции воды (рН).
При изучении влияния активной реакции воды на обеззараживающее действие озона было установлено, что увеличение рН более 7,1 сопровождалось значительным уменьшением коэффициента использования озона водой.
Продолжительность контакта озоно-воздушной смеси с обрабатываемой водой колеблется от 5 до 15 минут сообразно с типами установок и их производительностью, (при повышении температуры время контакта увеличивается).
Хлор и озон на бактерии влияют не одинаково. При увеличении интенсивности хлорирования происходит прогрессивное отмирание бактерий. Между тем, при озонировании обнаруживается внезапное бактерицидное действие озона, соответствующее определённой критической дозе, равной 0,4-0,5 мг/л. Для меньших доз озона его бактерицидность незначительна, но и как только достигается критическая доза, отмирание бактерий становится сразу резким и полным. Последние исследования механизма озонирования показали, что действие его происходит быстро при условии поддержания нужной концентрации в течение определённого времени. Это действие обусловлено озонированием массы бактериальных протеинов в процессе каталитического окисления. Между тем, хлор производит только выборочное отравление жизненных центров бактерий, причём довольно медленное из-за необходимости длительного времени для диффузии в цитоплазме.
На обеззараживающее действие озона влияет цветность воды, так озонирование неосветлённой воды неэкономично и неэффективно, так как большие количества озона расходуются на окисление веществ, которые могут быть задержаны обычными очистными сооружениями. Обработка воды озоном целесообразна только после её осветления, а так же фильтрования (доза озона уменьшается в 2-2,5 раза, чем для нефильтрованной воды).
Исследования показали, что из бактерий, кишечная палочка оказалась наиболее устойчивой к действию окислителей из всей группы кишечных бактерий, быстро погибает при озонировании. Также эффективно использование озонирования в борьбе с возбудителями брюшного тифа и бактериальной дизентерии.
Действия озона на споры, цисты и другие патогенные микробы.
Озон обладает высокой эффективностью в уничтожении спор, цист и многих других патогенных микробов. Исследования показали, что действие озона на указанные организмы является всегда наиболее быстрым и результативным. В частности споры уничтожаются в воде озоном в 3000 раз быстрее, чем хлором.
Опыты показали, что озон обладает высоким спорицидным эффектом. Озон пропускали в течение определённого времени через воду дистиллированную, водопроводную, колодезную, речную и прудовую, заражённую спорами антропоида. Полное обеззараживание загрязнённых естественных вод, содержащих до 10000 спор антропоида в 1 мл, достигалось после пропуска озона через воду в течение 1 часа. Также была установлена прямая зависимость величины озонопоглощаемости воды от степени её загрязнения, чем чище вода, тем меньше озонопоглощаемость. Уничтожение спор озонированием происходит значительно быстрее, чем при хлорировании.
Воздействие озона на вирусы.Озон оказывает резко выраженное, быстрое и радикальное воздействие на многие вирусы. Механизм этого явления объясняется полным окислением вирусной материи.
По данным исследованиям известно, что возбудители полиомиелита уничтожаются озоном за 2 минуты при концентрации 0,45 мг/л, тогда как при хлорировании дозой 1 мг/л для этого потребуется 3 часа.
Универсальный характер дейстия озона.
Изложенное выше показывает, что озонирование представляет собой единственный современный метод обработки воды, который действительно универсален, поскольку он проявляет своё действие одновременно в бактериологическом, физическом и органолептическом отношении.
С бактериологической точки зрения весьма существенно, что все микробы - патогенные и сапрофитные, встречающиеся в воде, уничтожаются озоном, при этом их оживление совершенно исключено. Озон обладает высоким спорицидным эффектом, который находится в прямой зависимости от количества озона, пропущенного через воду, и в обратной зависимости от органического загрязнения воды.
Исследования учёных установили преимущества озона для нейтрализации вируса полиомиелита по сравнению с обычными средствами обеззараживания (хлором, двуокисью хлора), а также цист и сопутствующих бактерий. Благодаря значительному уменьшению содержания органических веществ в озонированной воде, последняя становится менее подверженной последующим загрязнениям.
С физической точки зрения вода после озонирования претерпевает значительные качественные изменения. В достаточно большом слое вода приобретает красивую голубоватую окраску, свойственную родниковой воде. При озонировании вода хорошо аэрируется, что делает её более усваиваемой и приятной для питьевого потребления..
С органолептической точки зрения в озонированной воде не только не возникает каких-либо привкусов и запахов (что неизбежно при хлорировании), но, наоборот, устраняются всякие следы привкуса и запаха, ранее существовавшие в обрабатываемой воде.
С химической точки зрения минеральные вещества, растворённые в воде и определяющие в некоторой мере и питательные свойства, не изменяются после озонирования. В то же время, обработка озоном не придаёт воде никаких дополнительных посторонних веществ и химических соединений.
Традиционные методы очистки не устраняют значительного содержания микрозагрязнений, ухудшающих качество конечного продукта – питьевой воды. Даже адсорбция активированным углём не обеспечивает необходимой эффективности очистки. Активированный уголь хотя и даёт удовлетворительное решение для устранения пестицидов и углеводородов, но не может конкурировать с озоном для очистки воды от фенолов, детергентов и веществ, экстрагируемых хлороформом, в число которых в основном входят углеводороды. Кроме того, метод углевания имеет высокую стоимость, так как требует больших расходов дорогостоящего активированного угля.
Принципиальная технологическая схема озонирования.
Озон, получаемый на производственных установках, является нестойким газом, значительно разбавленным воздухом. С практической точки зрения концентрировать, хранить и транспортировать такой газ представляется неэкономичным, даже, учитывая свойственную озону взрывчатость. Поэтому полученный озон должен сразу же расходоваться. Наиболее экономичный метод массового производства озона заключается в пропуске воздуха или кислорода через электрический разряд высокого напряжения в генераторе озона или так называемом озонаторе. Сырьём для производства озона могут служить атмосферный или обогащённый кислородом воздух или чистый кислород. Теоретическая теплота для образования озона выражается величиной 139, 4 кДж/моль. При потреблении воздуха на производство озона расход энергии в 2 раза больше. Эта энергия необходима для ионизации молекул кислорода.
Готовой продукцией является озонированный воздух, содержащий до 5% озона (по весу) или озонированный кислород с содержанием до 10% озона (по весу). Однако, хотя получение таких концентраций и возможно, но обычно не оправдывается с экономичной точки зрения. При самом небольшом указанных пределов выход озона падает до нуля. Это объясняется тем, что в результате электрического разряда не только получается озон по уравнению 3О2 ® 2О3, но может происходить и разрушение озона по уравнению 2О3 ® 3О2. При этом скорость обратной реакции будет возрастать пропорционально увеличению концентрации озона. Как правило, на установках для обеззараживания питьевой воды через тихий электрический разряд пропускается кислород, который содержится в свободном состоянии в атмосферном воздухе. Следовательно, в этих случаях сырьё является «даровым». Практически для производства озона из кислорода требуется энергия, равная 1300 кДж/моль, при этом 90% её рассеивается на тепловыделение. По этой причине наибольшие концентрации озона в озоно – воздушной смеси при температуре 250С не превышают 20-25 мг/л, т.е. 1,02 –1,22 % к объёму воздуха или 1,7 – 2,1 % к его весу.
При некоторых процессах промышленного химического окисления, требующих больших количеств озона высокой концентрации, пользуются чистым кислородом, получаемым с помощью сжижения воздуха или электролиза воды. Приведённые выше характерные особенности промышленного производства озона требуют объединения в одной установке устройств: для получения озона из воздуха; для кондиционирования используемого воздуха; для смешивания озона с обеззараживаемой водой.
Отсюда вытекает принципиальная схема современной озонирующей установки, действующей следующим образом.
Атмосферный воздух пропускают через фильтр 1 для очистки от пыли, после чего водокольцевой воздуходувкой 2 через влагоотделитель (ресивер) 3 нагнетают на охлаждающие устройства. В состав их входят: теплообменник с конденсатороотводником и фреоновая холодильная установка, состоящая из испарительно – регулирующего агрегата, компрессорно – конденсаторного агрегата и бака для рассола с циркуляционным насосом. Охлаждённый и частично осушенный воздух поступает в блок осушки, состоящий из адсорберов и воздухонагревателя, и, пройдя через пылевые фильтры, направляется в генераторы озона. Озон получают под действием так называемого «тихого» электрического разряда, но не в чистом виде, а в смеси с воздухом. Концентрация озона в воздухе колеблется для озонаторов различных типов от 4 до 20 г/м3 (т.е. от 0,3 до 1,43% по весу).
Так как тихий электрический разряд сопровождается тепловыделением, предусматривается водяное охлаждение электродов озонатора. Подача напряжения на озонатор производится от повышающего трансформатора с помощью высоковольтного кабеля.
Заключительной операцией технологического процесса является обеспечение соприкосновения озона и воды, т.е. быстрое и полное смешивание больших количеств воды с озонированным воздухом в специальной контактной камере. Озонированный воздух вводят в воду в один или два этапа. Поэтому возможно устройство раздельных контактных камер, из которых одна служит для первичного озонирования, а другая - для вторичного озонирования .
Диффузия озона в виде мельчайших пузырьков в толщу воды осуществляется с помощью эмульгатора, либо через сеть дырчатых трубок, размещённых у основания контактной камеры.
В этом случае вода по трубке поступает в камеру сверху и встречается в противотоке с озоно – воздушной смесью, поступающей снизу вверх по трубе . После вторичного озонирования обеззараженная вода направляется в резервуар чистой воды по трубе .
Доза озона обычно колеблется от 8 до 4 мг/л в зависимости от качественных показателей исходной воды.
Для контроля за качественной стороной технологического процесса обработки воды служит измерительная аппаратура, выполняющая непрерывную автоматическую запись дозы озона, поступившей в воду.
Список литературы.
1. Вернадский В.И. Биосфера (Избранные труды по биогеохимии). М.: Мысль, 1967г.
2. Войткевич Г.В., Вронский В.А. Основы учения о биосфере. Учебное пособие для студентов вузов. Ростов-на-Дону, Издательство «Феникс», 2001г. 480с.
3. Гарин В.М., Клёнова И.А., Колесников В.И.Экология для технических вузов. Ростов- на- Дону, Издательство « Феникс» 2001г. – 384с.
4. Степановских А.С. Общая экология: Учебник для вузов - М: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 510 с.
5. Голубовская Э.К. Биологические основы очистки воды. Москва, 1978.
6. Журавлев Н.А., Яцко М.А. Обработка виноградной мезги электрогидралическим способом с целью увеличения выхода сока – «электронная обработка материалов». 1970.
7. Зарубин Г.П., Новиков Ю.В. Современные методы очистки и обеззараживания питьевой воды. Москва, 1976г.
8. Кожиков В.Ф., Кожиков И.В. Озонирование воды. Москва, 1974г.
9. Николадзе Г.Н. Технология очистки природных вод. Москва, 1987г.
10. Рогов И.А., Горбатов А.В. Физические методы обработки пищевых продуктов, Москва, «Пищевая промышленность», 1974.
11. Журнал «Экологические системы и приборы
