Экологическая оценка влияния промышленного производства на окружающую среду

Оценка природоохранной деятельности предприятий ведёт­ся по различным показателям:

· достигаемая степень очистки вредных вы­бросов (ПДК, остаточные концентрации);

· уровень загрязнения окружающей среды;

· капитальные и эксплуатационные затраты на экобиозащитную технику и т.д.

Существуют нормы абсолютного количества вредных веществ на 1 т готовой продукции. В качестве критерия оценки можно рекомендовать ин­декс относительной токсичности массы (ОТМ), применяемый в химической промышленности:

,

где ПДК₁ и ПДК_i – предельно-допустимые концентрации вещества, соот­ветственно принятого за эталон и сравниваемого (эталонные ПДК₁ - 1 мг/л - для воды и 0,01 мг/м³ - для воздуха).

При помощи индекса относительной токсичности I₀ и концентрации веще­ства в выбросе С можно рассчитать относительную токсичность I_j единично­го I_j, I_n и суммарного I_N выбросов:

Общий индекс относительного загрязнения среды определяется по формуле:

Где II- индексы относительной токсичности выбросов в атмо­сферу, воду и на поверхность литосферы; α, β - коэффициенты, характе­ризующие перенос загрязняющих веществ в поверхностные или грунтовые воды с учетом фильтрации, сорбции, трансформации (определяются экспериментально).

ОТМ выбросов определяется с учетом объемов единичного, группового и суммарного выбросов:

M_i = I_iV_i ; М_n = I_nV_n; M_N = I_NV_N,

где M_i, M_n, M_N - единичная, групповая и суммарная токсичные массы вы­бросов: V_i, V_n, V_N - единичный, групповой и суммарный объем выбросов. Общий баланс ОТМ технологического процесса:

где М_с + М_В - масса отходов, поступающих в окружающую среду с газовы­ми выбросами и сточными водами; ∑М_Н - масса нейтрализованных отхо­дов; ∑Мр - масса рассеянных отходов.

Относительная экологичность процесса, объекта, предприятия и т.д. определяется по формуле, %:

где 1, 2 - индексы, характеризующие величины, либо до и после внедрения нового аппарата, метода, процесса, либо перед очистными сооружениями и после них.

Для облегчения дальнейших расчетов и получения критериев, численно сопоставимых с принятыми в других методиках, выбирают ПДК₁ - 1 мг/л -для гидросферы. Значение единичной ПДК для атмосферного воздуха ПДК_ав рассчитывают из системы уравнений:

ПДК_ав = -2 + 0,861 lg ПДК_ва;

ПДК_в 0,61 [g ПДК_вп,

ПДК_ав, ПДК_вп, ПДК_в – предельно-допустимые концентрации соответст­венно в атмосферном воздухе, в воздухе промышленных помещений и в водоеме. ПДК для воздуха выражается в мг/м³, для воды - в мг/л.

При решении этой системы получаем:

ПДК_ав = 0,01ПДК_в.

В качестве единицы ОТМ принята условная единица 1 етм, соответст­вующая загрязненности 1 м³ природной или техногенной среды 1 кг ОТМ.

Оценивая уровень загрязнения окружающей среды, необходимо иметь в виду, что для одной природной сферы (атмосферы, гидросферы) на ос­новании существующих санитарных норм обязательно соблюдение усло­вия:

Если в сточных водах, выпускаемых с предприятия в водоем, присутст­вуют одновременно загрязняющие вещества, относящиеся к различным группам по лимитирующим показателям вредности (санитарно-токсикологического - ст, токсилогического - т, общесанитарного - ос), следует вна­чале привести их к суммарным значениям ОТМ внутри каждой группы (М_ст, М_т, М_ос), а затем к общей ОТМ:

Сопоставление частных ОТМ в выбросах в водоем по группам вредно­сти позволяет выявить, по каким именно веществам создается неблаго­приятная обстановка в водоеме и требуется принятие мер. ОТМ каждой группы веществ, отнесенная к площади водосбора в единицу времени, представляет собой модуль химического стока в единицах ОТМ с площади F промышленной площадки:

/ F,

который, в сопоставлении с модулем естественно-ионного стока, характери­зует нагрузку на окружающую среду в исследуемом районе.

Так как токсичность вещества для живых организмов - одно из прояв­лений его активности, можно сделать чрезвычайно важный вывод о наличии

ЛИТЕРАТУРА

1.Протасов В.Ф., Молчанов А.В. Экология, здоровье и природопользование в России. М.: Финансы и статистика, 1995. 528 с.

2.Оборудование, сооружения, основы проектирования химико-технологических процессов защиты биосферы от промышленных выбросов/Л.И. Родионов, Ю.П. Куз­нецов, ВВ. Зенков и др. М.: Химия, 1985. 352 с.

3.Стадницкий Г В., Родионов А.И. Экология. СПб.: Химия, 1996. 240 с.

4.Промышленная экология: Учеб. пос. / Под ред. В.В. Денисова. – М.: ИКЦ "МарТ"; Ростов н/Д: Издат. Центр "МарТ", 2007. – 720 с. (Серия "Учебный курс").

5.Техника и технология защиты воздушной среды: Уч. пос. для ВУЗов /В.В.Юшин, В.М. Попов, П.П. Кукин и др. – М.: Высш.школа, 2005. - 391 с.

6.Оборудование, сооружения, основы проектирования химико-технологических процессов защиты биосферы от промышленных выбросов /Л.И. Родионов, Ю.П. Куз­нецов, В.В. Зенков, Г.С. Соловьев. М.: Химия, 1985. 352 с.

7.Мазур И.И., Молдаванов О.И. Курс инженерной экологии: Учеб. для ВУЗов / Под ред. И.И. Мазура – М.: Высш.шк.., 1999. – 447 с.

8.Лозановская И.Н., Орлов Д.С., Садовникова Л.К. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. М.: Высшая школа, 1998. 287 с.

9.Очистка сточных вод: Пер.с англ. / Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсен Й. и др. – М.: Мир, 2004. – 480 с.

 

Тема III. ВИБРОАКУСТИЧЕСКИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ (ИЗЛУЧЕНИЯ, ПОЛЯ) ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ: МЕХАНИЗМ ЯВЛЕНИЯ, НОРМИРОВАНИЕ И ЗАЩИТА

Лекция 8

ПРОИ3ВОДСТВЕННЫЙ ШУМ:

МЕХАНИЗМ ЯВЛЕНИЯ, НОРМИРОВАНИЕ И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ

 

Всякий (любой) нежелательный для человека звук является шумом. Интенсивное шумовое воздействие на организм человека неблагоприятно влияет на протекание нервных процессов, способствует развитию утомле­ния, изменениям в сердечно-сосудистой системе и появлению шумовой патологии, среди многообразных проявлений которой ведущим клиническим признаком является медленно прогрессирующее снижение слуха.

Обычные промышленные шумы характеризуются хаотическим сочета­нием различных звуков. В производственных условиях источниками шума являются работающие станки и механизмы, ручные, механизированные и пневмоинструменты. электрические машины, компрессоры, кузнечно-прессовое, подъемно-транспортное, вспомогательное оборудование (вентиля­ционные установки, кондиционеры) и т.д.

В качестве звука человек воспринимает упругие колебания. распространяющиеся в виде волн в твердой, жидкой или газообразной средах. Звуковые колебания характеризуются скоростью их распространения с и часто­той f. Скорость звука связана с длиной волны и частотой:

(8.1)

где С - скорость звука, м/с; λ - длина волны, м; f- частота, Гц (с^-1)

Например, скорость распространения звуковых волн составляет в:

-воде	1410 м/с;
-стекле и стали	5000 м/c;
-резине	40-50 м/с;
-воздухе	343 м/с.

 

Человеческое ухо воспринимает как слышимые звуковые колебания с частотой f = 16 (20) - 20000 Гц. Колебания с частотой ниже 16 (20) Гц (ин­фразвук) и выше 20000 Гц (ультразвук) не воспринимаются (не слышатся) органами слуха, хотя и оказывают вредное влияние на организм человека. Наиболее чувствительно ухо к колебаниям в диапазоне частот от 50 до 5000 Гц, что в основном соответствует диапазону человеческого голоса.

При распространении звуковой волны происходит перенос энергии. Средний поток энергии в какой-либо точке среды в единицу времени, отне­сенный к единице поверхности, нормальной к направлению распростране­ния волны, называется интенсивностью звука в данной точке - 1, Вт/м².

Колебательные движения упругой среды создают колебания давления, которые ухо воспринимает как звук. Интенсивность звука связана со зву­ковым давлением зависимостью

(8.2)

 

где ρ - плотность среды (газа); с - скорость распространения звука (волны); р - звуковое давление; ρс - удельное акустическое сопротивление среды, равное для воздуха 41, для воды -1,5∙10⁵, для стали - 4,8∙10⁶ МПа с/м.

Человеческое ухо воспринимает шум со звуковым давлением р₀ = 2∙10^-5Па при f = 1000 Гц – порог слышимости, р=2х10²Па - порог болевого ощущения. Интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости, при f = 1000 Гц составляет l₀ = 10^-12 Вт/м², а соответствующая порогу боле­вого ощущения l= 102 Вт/м².

Для характеристики акустических явлений принята специальная изме­рительная система интенсивности звука и звукового давления, учитываю­щая приближенную логарифмическую зависимость между раздражением и слуховым восприятием, а именно шкала логарифмических единиц - деци­белов (дБ), в которых измеряют уровни l и р.

Уровень интенсивности звука определяется как

, дБ (8.3)

а уровень звукового давления по формуле

 

, дБ (8.4)

 

Подставив значения порога слышимости и порога болевого ощущения в эти формулы, получим, что изменение I и р составляет всего 140 дБ.

Шум, являющийся сложным звуком, можно разложить на простые со­ставляющие, графическое изображение которых называется спектром. Спектр шума может быть различным. По характеру спектра шумы подраз­деляются на широкополосные и тональные. По величине интервалов меж­ду составляющими его звуками различают шум дискретный (линейчатый) с большими интервалами, сплошной с бесконечно малыми интервалами и смешанный, характеризующийся отдельными пиковыми дискретными со­ставляющими на фоне сплошного спектра (рис. 8.1). Производственные шумы чаще всего имеют смешанный спектр [1].

Рис. 8.1. Типы шумовых спектров: а-дискретный (линейчатый); б-сплошной, в-смешанный

По частоте шумы подразделяются на низкочастотные, если максимальные уровни звукового давления лежат в области низких частот (до 350 Гц), среднечастотные (максимум в диапазоне частот 350-800 Гц) и высокочастотные (максимум выше 800 Гц)

По временным характеристикам шумы делятся на постоянные и непостоянные.

К непостоянным относятся шумы, уровни звука которых за восьмичасовой рабочий день изменяются во времени не более чем на 5 дБа (уровень звука измеряется шумомером по шкале А). Непостоянные шумы делятся на колеблющиеся во времени, прерывистые и импульсные. К колеблющимся шумам относятся такие, уровни звука которых меняются времени. К прерывистым относят шумы, уровни звука которых меняются ступенчато на 5 дБ и более. К импульсным относятся шумы, состоящие из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый из которых имеет дли­тельность менее 1 с. Наибольшую опасность для человека представляют тональные высокочастотные непостоянные шумы.

Любой источник шума характеризуется звуковой мощностью, которая определяет общее количество звуковой энергии, излучаемо и источником в окружающее пространство за единицу времени. Мощность звука связана с интенсивностью следующей зависимостью:

, Вт (8.5)

где S - поверхность сферы, в центре которой находится источник шума.

Уровень акустической мощности источника шума равен:

 

(8.6)

где W₀ - условный порог акустической мощности (Wo = 10^-12 Вт).

Если в производственном помещении находится n одинаковых источников шума, равноудаленных от расчетной точки и обладающих одинаковым уровнем шума L, то общий уровень (в дБ) будет определяться как

(8.7)

где L₁ - уровень шума одного источника, дБ;

n - число источников.

Из формулы 8.7 видно, что два одинаковых источника создадут суммарный уровень всего на 3дБ больший, чем каждый из них (так как 10∙lg2 = 10∙0,3 = 3); 10 источников - на 10 дБ; 100 источников на 20 дБ и т.д.

На производстве такое условие невыполнимо, поскольку износ технологического оборудования неодинаков (например, цикличность пода­чи сжатого воздуха для продувки секций рукавных фильтров различна), по­этому расчет L_Σ ведут по другой формуле (в дБ):

L_Σ = 10 lg (10^L1/10 +10^L2/10+...+10^Ln/10), (8.8)

где L₁, L_2, L_n - уровни звукового давления, создаваемого источниками в расчетной точке.

При измерении и анализе шумов, а также при проведении акустических расчетов спектры (рис. 8.1) оценивают в октавных или третьеоктавных диа­пазонах. Полоса частоты, в которой верхняя граничная частота f₂ в 2 раза больше нижней f₁, называется октавной, т.е. f₂/ f₁ = 2. Для третьеоктавной полосы f₂/ f₁ = = 1,26. В качестве частоты, характеризующей полосу в целом, берется среднегеометрическая полоса f_ср= Среднегеомет­рические частоты октавных полос стандартизированы и составляют 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц при соответствующих им гранич­ных частотах 45-90; 90-180; 180-355; 355-710; 710-1400; 1400-2800; 2800-5600 и 5600-11200.

Нормирование допустимых уровней звукового давления производится для каждой октавной полосы частот в соответствии с рекомендациями [1-­6]. Этот стандарт предусматривает дифференцированный подход с учетом характера производственной деятельности в условиях шума (умственный труд, нервно-эмоциональные нагрузки, физический труд и т.д.). Учитывает­ся и характер действующего шума (тональный, импульсный, постоянный и др.) и длительность воздействия шумового фактора при расчете эквива­лентных уровней для непостоянных шумов.

Совокупность восьми нормативных уровней звукового давления на раз­ных среднегеометрических частотах называется предельным спектром (ПС), Каждый из спектров имеет свой индекс ПС {например ПС-80, где цифра 80 – нормативный уровень звукового давления (в дБ) в октавной полосе с f=1000Гц).

Некоторые нормированные ГОСТом параметры для широкополосного шума приведены в табл. 8.1. Для ориентировочной оценки допускается за характеристику постоянного шума на рабочем месте принимать уровень звука (дБА), измеренной по шкале А шумометра. Самые жестокие нормы шума (см. приложение 8.1) в настоящее время действуют в России, а наиболее мягкие в США. Чтобы осознать эти значения, необходимо помнить, что звук березовой рощи и пение птиц составляет 35-45 дБА.

Таблица 8.1

Допустимые уровни звукового давления, уровни звука и эквивалентные уровни звука для широкополосного шума

Рабочее место	Уровни звукового давления в октавных полосахсо среднегеометрическими частотами, дБ	Уровни звука и эквивалентные уровни звука, дБА
63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Помещения конструкторских бюро, программистов вычислительных машин, лабораторий теоретических исследований и т.п.	71	81	54	49	45	42	40	38	50

Окончание табл. 8.1

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Помещения управления, рабочие комнаты	79	70	68	58	55	52	50	49	60
Помещение лабораторий экспериментальных исследований	94	87	82	78	75	73	71	70	80
Постоянные рабочие места и рабочие зоны в производственных помещениях и на территории предприятий	99	92	86	83	80	78	75	74	85

Для шума, создаваемого в помещениях установками кондиционирования воздуха, вентиляции и воздушного отопления, а также в случае тонального и импульсного шума допустимые уровни на рабочих местах следует принимать на 5дБ ниже значений, указанных в таблице 8.1. Уровень звука в дБА связан с ПС зависимостью

дБА=ПС+5дБ (8.9)

Кроме характера выполняемых работ учитывают и длительность воздействия шума [2]. В этом случае при воздействии широкополосного шума от 0,25 до 4 ч допустимые уровни могут быть увеличены на 20 дБ, а при воздействии тонального или импульсного (0,25-1,5 ч) - на 15 дБ.

Методы защиты от шума [5]:

1. Уменьшение шума в источнике возникновения:

1.1. Замена ударных механизмов бездарными.

1.2. Замена возвратно-поступательных движений вращательными.

1.З. Замена подшипников качения на подшипники скольжения.

1.4. Совершенствование кинематических схем.

1.5. Применение пластмассовых деталей.

1.6. Использование глушителей из звукопоглощающего материала.

1.1. Виброизоляция шумных узлов и частей машин.

1.8. Покрытие издающих шум поверхностей вибродемпфирующим ма­териалом.

1.9. Статическая и динамическая балансировка.

2. Уменьшение шума методами:

2.1. Звукопоглощение: метод основан на поглощении звуковой энергии волн, распространяющихся по воздуху звукопоглощающими материалами, которые трансформируют ее в тепловую.

Звукопоглощающие материалы и конструкции подразделяются на:

- волокнисто-пористые поглотители (войлок, минеральная вата, фетр, акустическая штукатурка и др.);

- мембранные поглотители (пленка, фанера, закрепленные на дере­вянные обрешетки);

- резонаторные поглотители (классический резонатор Гельмгольца);

- комбинированные поглотители.

Звукопоглощающие свойства материалов определяются коэффициен­том звукопоглощения α, равным отношению количества поглощенной зву­ковой энергии Е_погл к общему количеству падающей энергии Е_пад.

причем при α = 0 вся звуковая энергия отражается без поглощения; при α = 1 вся энергия поглощается (рис. 8.2 и табл. 8.2).

Таблица 8.2

3вукопоглощение конструкционными материалами (элементами)

Конструкционный материал (элемент)	Коэффициент звукопоглощения, α
Бетон	0,015
Стекло	0,02
Дерево	0,1
Войлок	0,3-0,5
Открытое окно	1,0

Рис. 8.2. Схема поглощения (отражения) звуковой энергии в листовом конструкционном материале

Звукопоглощение в помещении определяется по формуле:

, дБ (8.10)

где А - полное звукопоглощение в помещении до установки облицовки, м² (А₁= α_необл∙S_пов, м²; принимается α_необл=0,1);

А₂ - эквивалентная площадь поглощения после установки облицовки, м² (А₂=А₁+ΔA, где ΔА ­- добавочное поглощение, вносимое облицовкой).

Тогда величина снижения шума составит

, дБ (8.11)

2.2. Звукоизоляция: метод основан на отражении звуковой волны, па­дающей на ограждение (экран).

На рис . 8.3а показаны пути проникновения шума (воздушного и структурного) при нахождении его источников как снаружи, так и внутри здания, а на рис, 8.3б - пути проникновения шумов из шумного помещения в ти­хое помещение. От наружного или внутреннего источника воздушный шум проникает через окна и стены, а вибрации передаются по грунту, трубопро­водaм и строительным конструкциям, колебания которых вызывают появле­ние структурного шума.

Рис. 8.3. Пути проникновения шумов: а) 1-источник шума, 2-источник вибрации, I-воздушный шум, II-структурный шум. б) 1,2-звуки, распространяющиеся по воздуху (воздушные звуки или шумы), 3-энергия упругих колебаний распространяется по строительным конструкциям и излучается в виде шума (структурные или ударные звуки, шумы), I-шумное помещение, II-тихое помещение.

Звукоизолирующие свойства ограждения (экрана) характеризуются коэффициентом звукопроницаемости τ, представляющим собой отношение звуковой мощности Р_прош, К падающей Р_пад.

, (8.12)

Звукоизолирующая спосо6ность конструкции выражается величиной

, дБ (8.13)

3. Увеличение расстояния от машин (аппаратов), производящих сильный шум

Суммарный уровень шума от источника на расстоянии г в свободном пространстве (g.14 )

L_Σ = L₀ -20lgr-11, дБ (8.14)

где r - расстояние от источника звука, м;

L₀ - уровень шума источника, дБ.

4. Индивидуальные средства защиты

Суммарный уровень шума можно снизить на 5-20 дБ за счет использования различных противовоздушных вкладышей для ушных раковин человека: беруши, вата, губка и др. При уровне шума выше 120 дБ применяются наушники (антифоны) и специальные шлемы. Существуют шумопоглощающие кабины, и внедряется дистанционное управление сверхшумными процессами или испытаниями.

Вышеизложенное позволяет прогнозировать дальнейшее снижение шума на производственных площадках, соответственно, в населенных пунктах. При достижении определенных минимальных уровней шума отмечено, что дальнейшее его снижение дается с большим трудом, а затраты на каждый последующий снижаемый децибел могут быть сравнимы с затратами на 5-10дБ предыдущих [7].

Борьба с акустическим загрязнением биосферы будет определяться в первую очередь экономическими затратами.

 

Приложение 8.1.

Нормы шума на рабочих местах [7]

Страны	Допустимый уровень шума, дБА
Австралия, Финляндия, Франция, Германия, Венгрия, Израиль, Италия, Норвегия, Испания, Швеция. Англия
Китай	70-80
Канада	85-90
Россия
США
Рекомендации рабочей группы Европейской комиссии

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Охрана труда и экологическая безопасность в химической промышленности /А.С. Бобков и др. М.: Химия, 1997.400 с.

2. Липунов А.Г., Погорелов В.Н., Подгорных Е.А. Охрана труда. М.: ИЦ «Витязь», 1996. 240 с.

3. ГОСТ 12.1.003-83. Шум. Общие требования безопасности.

4. ГОСТ 12.1.001-83. Ультразвук. Общие требования безопасности.

5. ГОСТ 12.1.029-80. Средства и методы защиты от шума. Классификация.

6. СН № 3223-85 Санитарные нормы допустимых уровней шума на рабочих мес­тах.

7. Иванов Н И. Проблемы акустического загрязнения окружающей среды // Эколо­гия и промышленность России. 1998. Август. С. 30.

 

Лекция 9

ВИБРАЦИЯ: МЕХАНИЗМ ЯВЛЕНИЯ, НОМИРОВАНИЕ И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ