КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

на тему «Гидромеханические способы очистки сточных вод»

«Защита от электромагнитных полей и излучений»

« Гравитационное осаждение твердых частиц»

 

  

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..3

1 Литературный обзор…………………………………………………………...4

1.1 Гравитационное осаждение твердых частиц……………………………….4

1.1.1 Примеры промышленного оборудования, использующего метод гравитационного осаждения частиц…………………………………………………….7

1.2 Гидромеханические способы очистки сточных вод………………………10

1.2.1 Гравитационная очистка сточных вод………………………………   …11

1.2.2 Очистка сточных вод фильтрованием……………………………………18

1.2.3 Удаление взвешенных частиц под действием центробежных сил……..26

1.3 Защита от электромагнитных полей и излучений…………………………29

            1.3.1 Виды ЭМИ………………………………………………………………….29

  1.3.2 Воздействие ЭМИ на человека…………………………………………...32

1.3.3 Защита от ЭМИ……………………………………………………………34

2  Расчет аппаратов очистки пылегазовых выбросов и сточных вод………..44

2.1 Расчет пылевой камеры……………………………………………………..44

2.2 Расчет параметров циклона………………………………………………...45

2.3 Расчет полого скруббера……………………………………………………47

2.4 Расчет ионитного фильтра……………………………………………….…48

Список литературы……………………………………………………………...51

Приложение

 

  

Введение

 

 

В настоящее время существует множество способов промышленной очистки отходящих газов и сточных вод. Преимущество имеют методы и способы очистки, обладающие наибольшей эффективностью, высокой степенью очистки и экономичностью. Это достигается использованием новейших технологий в области охраны окружающей среды.

Компании, занимающиеся разработкой оборудования, ведут постоянный научно-прикладной поиск и разработку новых технологий, материалов, комплектующих и средств автоматизации для непрерывного совершенствования выпускаемой продукции.

Для очистки сточных промышленных и бытовых вод, очистки запыленного воздуха, очистки высокотемпературных и отходящих газов на предприятиях различных отраслей промышленности изготавливаются фильтровальное оборудование, позволяющее решить множество проблем защиты окружающей среды. На рынке представлен разнообразный выбор фильтров, использующие принципы как переменной, так и непрерывной очистки – листовые, ленточные, дисковые и тд.  Для очистки запыленных газов применение того или иного очистного аппарата зависит от необходимых для его установки капитальных затрат. По мере их увеличения пылеуловители можно расположить в следующем порядке: циклонные аппараты, рукавные фильтры, электрофильтры. Таким образом, применение очистного оборудования, экономическая эффективность его использования зависят не только от характеристик оборудования, но и от объема очищаемых газов или сточных  вод, от степени их загрязнения.

 

  

1 Литературный обзор

 

 

1.1  Гравитационное осаждение частиц

 

Обезвреживание газовых выбросов - отделение от газа или превращение в безвредное состояние загрязняющих примесей.

Обезвреживание выбросов предполагает либо удаление вредных приме­сей из инертного газа-носителя, либо превращение их в безвредные вещества. Оба принципа могут быть реализованы через различные физические и хими­ческие процессы, для осуществления которых требуются определенные ус­ловия. Расчеты процессов и аппаратов пылегазоочистки при их проектирова­нии должны быть направлены на создание условий, обеспечивающих макси­мально полное обезвреживание выбросов. [4]

Для обезвреживания аэрозолей (пылей и туманов) используют сухие, мокрые и электрические методы. В основе сухих методов лежат гравитационные, инерционные, центробежные механизмы осаждения или фильтрационные механизмы. При использовании мокрых методов очистка газовых выбросов осуществляется путем тесного взаимодействия между жидкостью и запылен­ным газом на поверхности газовых пузырей, капель или жидкой пленки. Электрическая очистка газов основана на ионизации молекул газа электриче­ским разрядом и электризации взвешенных в газе частиц.

При обработке выбросов, содержащих твердые аэрозольные загрязните­ли, низких величин проскока (1-2% и менее) можно достичь, как правило, только двухступенчатой очисткой. Для предварительной очистки могут быть применены жалюзийные решетки и циклонные аппараты (иногда для не­больших выбросов - пылеосадительные камеры), а для окончательной - по­ристые фильтры, электрофильтры или мокрые пылеосадители.

Жидкие аэрозоли (туманы) могут быть скоагулированы посредством из­менения параметров состояния (охлаждения и повышения давления) с целью осаждения в последующем с использованием как правило мокрых способов улавливания в мокрых скрубберах, пористых и электрических фильтрах, в абсорберах.

Мокрые способы очистки твердых и жидких аэрозолей имеют сущест­венный недостаток - необходимость отделения уловленного загрязнителя от улавливающей жидкости. По этой причине мокрые способы следует приме­нять только при отсутствии других методов очистки, отдавая предпочтение способам с минимальным расходом жидкости.  [11]

Наиболее сложны для очистки выбросы, загрязнители которых пред­ставляют многофазную систему. Поскольку большинство современных очи­стных аппаратов не приспособлено для одновременного обезвреживания дисперсных и гомогенных загрязнителей, то в общем случае подобные вы­бросы должны пройти последовательно 4 стадии обработки: предваритель­ную и тонкую очистку от аэрозоля и затем предварительное и окончательное обезвреживание газообразного загрязнителя. В частности, если газообразный загрязнитель хорошо растворяется в воде, может быть организована предва­рительная обработка выбросов мокрыми способами, которая позволит пони­зить концентрации как дисперсных, так и гомогенных загрязнителей.  [4]

Зачастую для предварительного удаления крупных частиц из газовоздушной смеси пользуются сухими гравитационными методами.

Гравитационное осаждение взвешенных частиц в газообразной среде происходит под действием силы тяжести. Оно осуществляется в пылеосадительных камерах различной конструкции.

Недостатки эксплуатации пылеосадительных камер:

-большой объем

-малая эффективность

Достоинства:

-в небольшие расходы энергии

- возможность улавливания абразивной пыли

-работа камер не подвержена влиянию температуры и обеспечивает улавливание пыли в сухом виде

-малое гидравлическое сопротивление

-простота и надежность конструкции

-удаление из газового потока фракции крупных частиц

-низкая  стоимость [5]

Так как гравитационное осаждение происходит исключительно под действием силы тяжести, то оно зависит от размера частицы, ее плотности, формы, а также от скорости воздушного потока, поэтому нерентабельно строить огромные пылеосадительные камеры для осаждения частиц малых размеров.  [4]

Типы пылеосадительных камер

 

1 — корпус; 2 — пылеотводящие бункера

 

Рисунок 1 - Простейшая пылеосадительная камера

 

1 — колокольный затвор; 2 — люк для удаления пыли; 3 - полки

 

Рисунок 2 - Многосекционная полочная пылеосадительная камера:

 

 

Рисунок 3 - Вертикальные пылеосадительные камеры

 

На рисунке 1 изображена конструкция простейшей пылеосадительной камеры. Запыленный воздух, проходя через нее, очищается за счет медленного осаждения крупных частиц. Эффективность около 60%

Многосекционная полочная пылеосадительная камера (рисунок 2) хороша тем, что более эффективно задерживает пылевые частицы. Полочки делают наклонными, что облегчает сбор пыли. По оси камеры расположен шнек для выгрузки осевшей пыли, а для более эффективного удаления ее с наклонных полок применяют виброустановки или другие встряхивающие устройства периодического действия.  [5]

 

 

    а — без отвода пыли; б и в — с отводом пыли: 1 — газоход;  2 — отражательный диск; 3 — огнеупорное покрытие; 4 — отражательные конусы; 5 -  наклонная плита

 

Рисунок 4 - Типы пылеосадительных камер [9]

 

 

1.1.1 Примеры промышленного оборудования, использующего метод гравитационного осаждения частиц

 

1. Рукавные фильтровальные установки Bag Compact

 

Принцип работы такой установки (рис 5) заключается в том, что загрязнённый воздух поступает в установку через предкамеру, в которой происходит отделение наиболее крупных частиц. Далее поток проходит через рукавные фильтры, которые отсеивают загрязнение и выпускают через верхнюю камеру установки очищенный воздух. Рукавные фильтры очищаются сжатым воздухом в режиме электронного последовательного цикла.

Установка состоит из следующих блоков: входной фланец для загрязнённого воздуха, предкамера, рукавные фильтры, рамы с Venturi, верхняя камера, открывающаяся крышка для смены мешков, резервуар с сжатым воздухом, газовые амортизаторы для открывания крышки, электромагнитные клапаны, центробежный вентилятор, электродвигатель, вывод чистого воздуха, смотровой люк, приёмная воронка, стойки, пылесборный контейнер, трубка обратной продувки струёй сжатого воздуха.

Области применения

-Сухая механическая обработка на станках

-Химическая обработка

-Фармацевтическая обработка

-Обработка пластиков

-Шлифовка

-Пескоструйная обработка

-Вентиляция силосных башен, бункеров, шахт

-Резка мрамора

-Плазменная резка

Рукавные фильтры: фильтровальные мешки, установленные на фильтре, предназначены для прохода сжатого воздуха системы очистки в последовательном цикле.

Фильтрующие материалы: полиэстер, тефлонный полиэстер, антистатический полиэстер

Преимущества: широкий диапазон применения; эффективность: выбросы ≤ 10 мг/(м3ст х сек), выбросы ≤ 5 мг/(м3ст х сек), модульность: от 18 до 108 фильтровальных мешков, от 800 до 12 000 м3/час

 

 

 

Рисунок 5  - Установка Bag Compact

 

2. Высокоэффективные картриджные фильтровальные установки Pulsatron compact

 

Фильтровальная установка Pulsatron compact (рис 6) состоит из следующих частей: подача загрязненного воздуха, предкамера, картриджи. вывод чистого воздуха, панель последовательного цикла очистки картриджей сжатым воздухом, электрический вентилятор, напорный бак, электромагнитные клапаны, стойки, нижняя дверца для смены картриджей, верхняя дверца для ухода за электромагнитными клапанами и электрическим вентилятором, пылесборный бункер, приемный желоб.

Принцип работы установки состоит в том, что згрязненный воздух поступает в установку через предкамеру, которая обеспечивает отделение наиболее крупных частиц; далее поток проходит через картриджи, которые отсеивают загрязнение и подают через верхнюю камеру установки очищенный воздух. Картриджи очищаются сжатым воздухом в режиме электронного последовательного цикла.

Широкая фильтрующая поверхность каждого картриджа обеспечивает небольшой размер установки. Это означает, что установки Pulsatron compact, в отличие от традиционных рукавных фильтров, могут устанавливаться в непосредственной близости от источников загрязнения.

 

 

Рисунок 6 – Установка Pulsatron compact

 

Преимущества: широкая область применения, эффективность: выбросы ≤ 5 ммг/Hм.с, низкий уровень шума - 68,75 dBa в зависимости от модели - по каналам, модульность: от 1 до 48 картриджей, от 500 м3/час до 48 000 м3/час [20]

 

3. Фильтр рукавный с импульсной продувкой и пылеосадочной камерой УВП-СТ-К-ФРИ

 

Фильтры рукавные с импульсной продувкой и пылеосадочной камерой УВП-СТ-К-ФРИ (далее Установки) предназначены для сухой очистки воздуха от пыли и аэрозоли. Установки УВП-СТ-К-ФРИ (рис. 7) относятся к установкам среднего класса и могут использоваться как в качестве малозатратной системы аспирации для небольших цехов, так и для очистки воздуха от мелкодисперсной пыли образующейся при работе шлифовального оборудования, перетаривании строительных материалов, плазменной резке, работе дробеметного, дробеструйного и пескоструйного оборудования.

Небольшие габариты установок позволяют размещать их непосредственно в производственном помещении. Установки УВП-СТ-К-ФРИ представляют собой сборную металлоконструкцию состоящую из пылеосадочной камеры (1), блока фильтров (4), выполненные в едином корпусе.

 

Рисунок 7 - Фильтр рукавный с импульсной продувкой и пылеосадочной камерой УВП-СТ-К-ФРИ

 

Пыль из пылеосадочной камеры поступают в накопитель (2). Вместо накопителя к установке для удаления пыли может подсоединяться система пневмотранспорта.

Параметры установки:

-площадь фильтрования 38 м²

-емкость накопителя 0,1-1 м³

-потребляемая мощность не более 0,2 кВт

-давление сжатого воздуха 0,6 мПа

-расход сжатого воздуха 280 Нл/мин

-масса установки не более 1500 кг [23]

 

 

1.2 Гидромеханические способы очистки сточных вод.

 

Механическая очистка применяется для выделения из сточной воды нерастворенных минеральных и органических примесей. Назначение механической очистки заклю­чается в подготовке сточных вод при необходимости к биологическому, физико-химическому или другому методу более глубокой очистки. Механическая очистка на современных очистных станциях состоит из процеживания через решетки, пескоулавливания, отстаивания и фильтрования. Типы и размеры этих сооружений зависят в ос­новном от состава, свойств и расхода производственных сточных вод, а также от мето­дов их дальнейшей обработки.

Как правило, механическая очистка является предварительным, реже — оконча­тельным этапом для очистки производственных сточных вод. Она обеспечивает выде­ление взвешенных веществ из этих вод до 90-95 % и снижение органических загряз­нений (по показателю БПКполн) до 20-25%.

Высокий эффект очистки сточных вод достигается различными способами интен­сификации гравитационного отстаивания — преаэрацией, биокоагуляцией, осветлени­ем во взвешенном слое (отстойники-осветлители) или в тонком слое (тонкослойные от­стойники), а также с помощью гидроциклонов.

Процесс более полного осветления сточных вод осуществляется фильтрованием - пропуском воды через слой различного зернистого материала (кварцевого песка, гранитного щебня, дробленого антрацита и керамзита, горелых пород, чугунолитейного шлака и других материалов) или через сетчатые барабанные фильтры и микрофильтры, через высокопроизводительные напорные фильтры и фильтры с плавающей загрузкой - пенополиуретановой или пенополистирольной. Преимущество указанных процессов заключается в возможности применения их без добавления химических реагентов.

Выбор метода очистки сточных вод от взвешенных частиц осуществляется с уче­том кинетики процесса.

Повышение технологической эффективности сооружений механической очистки очень важно при создании замкнутых систем водного хозяйства промышленных пред­приятий. Этому требованию удовлетворяют различные новые конструкции многопо­лочных отстойников, сетчатых фильтров, фильтров с новыми видами зернистых и син­тетических загрузок, гидроциклонов (напорных, безнапорных, многоярусных). Приме­нение этих сооружений позволит сократить в 3,5 раз капитальные затраты и на 20-40 % эксплуатационные расходы, уменьшить в 3,7 раз необходимые площади для строи­тельства по сравнению с применением обычных отстойников.

С целью обеспечения надежной работы сооружений механической очистки про­изводственных сточных вод, как правило, рекомендуется применять не менее двух ра­бочих единиц основного технологического назначения—решеток, песколовок, усред­нителей, отстойников или фильтров. При выборе максимального числа сооружений предусматривается их секционирование по унифицированным группам, состоящим из единиц с наиболее крупными габаритами.

Дальнейшим развитием методов очистки производственных сточных вод, содер­жащих механические примеси, является внедрение очистки с применением гидроци­клонов и центрифуг, а также отстаивание с предварительно магнитной обработкой производственных сточных вод. [9]

1.2.1 Гравитационная очистка сточных вод

Очистка сточных вод с помощью решеток

 Очистка сточных вод от твердых частиц в зависимости от их свойств, концентра­ции и фракционного состава осуществляется методами процеживания, отстаивания, от­деления твердых частиц в поле действия центробежных сил и фильтрования.

Процеживание — первичная стадия очистки сточных вод — предназначено для выделения из сточных вод крупных нерастворимых примесей размером до 25 мм, а также более мелких волокнистых загрязнений, которые в процессе дальнейшей обра­ботки стоков препятствуют нормальной работе очистного оборудования. Процежива­ние сточных вод осуществляется пропусканием воды через решетки и волокноуловители.

Решетки применяют для улавливания из сточных вод крупных, нерастворенных, плавающих загрязнений. Попадание таких отходов в последующие очистные сооруже­ния может привести к засорению труб и каналов, поломке движущихся частей обору­дования, т. е. к нарушению нормальной работы. Решетки изготовляют из круглых и прямоугольных стержней. Зазоры между ними равны 16-19 мм.

Решетки устанавливают на очистных станциях при поступлении на них сточных вод самотеком. Не применять решетки на очистных станциях допускается в случае по­дачи сточных вод насосами с установленными перед ними решетками с зазорами 16 мм или менее.

Решетки подразделяют на:

1. подвижные и неподвижные;
2. с механической или ручной очисткой;
3. устанавливаемые вертикально или наклонно (как при самотечном, так и при на­порном поступлении сточных вод). [3]
4. Подвижные и неподвижные решетки

Неподвижная решетка представляет собой металлическую раму, внутри которой установлен ряд параллельных стержней, поставленных на пути движения сточных вод.

Принцип действия подвижной решетки (рис. 1): на фазе очистки с помощью решетки стрела опускается, по­ворачивается в сторону неподвижной части устройства, в это время зубья гребня проходят через стержни и удаляют удер­живаемые примеси (рисунок 8) [25]

 

 

 

1- гребень; 2- фильтрующая решетка; 3- гидравлический цилиндр (вверх/вниз); 4- гидравлический цилиндр; 5- автоматический щит управления

 

Рисунок 8 – Подвижная гидравлическая решетка GIB (Австрия)

 

Цилиндрические подвижные решетки (рис. 9).

 

Стоки, подлежащие очистке, проходят через цилиндрическую поверхность, при этом твердые частицы, размеры которых превосходят размеры фильтра, отделяются от жидкости с помощью лезвия для очистки. Вода проходит через цилиндр дважды.

Первый раз вовнутрь для отделения примесей при помощи фильтра, второй раз изнутри наружу, при этом происходит фильтрация примесей в противотоке. Жидкость проходит через вращающийся барабан и сливается у основания резервуара, затем через сливную трубу поступает на другие участки обработки. В цилиндре установлена система с насадками для промывки под давлением, обеспечивающая очистку фильтра от осадка.

 

 

 

1 - датчик уровня; 2 - вход сточных вод; 3- выход отфильтрованной жидкости; 4 - фильтрующий цилиндр; 5- двигатель

 

Рисунок 9  - Вращающаяся цилиндрическая решетка GRTC, Австрия

 

2. Решетки с механической очисткой

 

Механические решетки – это решетки, очистка которых производится с помощью механических приспособлений.

Корпус решетки Amcon (рис. 10) выполнен из нержавеющей стали, фильтрующая поверхность решетки выполнена из пластика. Маскимальная  производительность - 105 м3/ч. Принцип работы решетки: сток подается в канал обработки сточных вод, в котором установлена решетка, рабочая поверхность решетки расположена под углом 50°. Крупные загрязнения задерживаются на решетке, непрерывно поднимаются на поверхность скребками и сбрасываются в резервуар для сбора загрязнений. Скорость движения скребков – 3 м/мин. Скребки приводятся в действие с помощью электродвигателя мощностью 0,025 кВт, 3 ф., 380 В., длина кабеля 10 м. Корпус решетки выполнен из нержавеющей стали,  фильтрующая поверхность решетки выполнена из пластика.

 

Рисунок 10 – Решетка с механической очисткой Amcon, Япония

 

Решетки с ручной выгрузкой  - простейшие приспособления, применяются для первичной очистки сточных вод (рис. 11).

 

  

1- фильтрующая сетка; 2- перегородка; 3- боковые направляющие; 4- вход сточных вод

 

Рисунок 11- Крупнозернистая решетка  для выгрузки вручную GMC

 

 

Отстаивание

 

 Отстаивание применяют для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей. Осаждение происходит под действием силы тяжести. Для проведения процесса исполь­зуют песколовки, отстойники и осветлители. В осветлителях одновременно с отстаиванием происходит фильтрация сточных вод через слой взвешенных частиц.

Как правило, сточные воды содержат взвешенные частицы различной формы и размера. Такие воды представляют собой полидисперсные гетерогенные агрегативно-неустойчивые системы. В процессе осаждения размер, плотность и форма частиц, а также физические свойства системы из­меняются. Кроме того, при слиянии различных по химическому составу сточных вод могут образовываться твердые вещества, в том числе и ко­агулянты. Эти явления также оказы­вают влияние на форму и размеры частиц. Все это усложняет установле­ние действительных закономерностей процесса осаждения. Основным параметром, который используют при расчете от­стойников, является скорость осаждения частиц (гидравлическая крупность).

При отстаивании сточных вод наблюдается стесненное осаж­дение, которое сопровождается столкновением частиц, трением между ними и изменением скоростей как больших, так и малых частиц. Скорость стесненного осаждения меньше, скорости осаж­дения свободного, вследствие возникновения восходящего пото­ка жидкости и большей вязкости среды. Скорость осаждения полидисперсной системы непрерывно из­меняется во времени. Вследствие агломерации частиц она мо­жет изменяться в несколько раз по сравнению с теоретической. Способность к агломерации зависит от концентрации, формы, размера и плотности взвешенных частиц, а также от соотноше­ния частиц различного диаметра и вязкости среды.

При периодическом процессе осаждения взвешенные частицы в отстойни­ке распределяются неравномерно по высоте слоя сточных вод. Через какой-то промежуток времени после начала отстаивания в верхней части отстой­ника появляется осветленный слой жидкости. Чем ближе к дну отстойника, тем больше концентрация взвешенных частиц в сточной воде, а у самого дна образуется слой осадка. Во времени высота слоя осветленной жидкости и высота слоя осадка возрастают за счет промежуточных слоев. Через опре­деленный промежуток 'времени в отстойнике будут находиться только слой осветленной жидкости и слой осадка. В дальнейшем, если осадок не уда­лить, он будет уплотняться с уменьшением высоты. При непрерывном от­стаивании наблюдаются те же зоны, но высота их не меняется в ходе процесса. Различают несколько разновидностей отстойников: горизонтальные, вертикальные, радиальные.

1. Горизонтальные отстойники (рис. 5). Они представляют собой прямоугольные резервуары, имеющие два или более одно­временно работающих отделения. Вода движется с одного конца отстойника к другому

Глубина отстойников равна 1,5—4 м, длина 8—12 Н, а ширина коридора 3—6 м (рис. 12). Равномерное распределение сточной воды достигается при помощи поперечного лотка. Горизонтальные отстойники рекомендуется применять при расходах сточных под свыше 15000 м3/сут. Эффективность отстаивания достига­ет 60%. [22]

 

 

Рисунок 12 – Горизонтальный отстойник

 

2. Вертикальные отстойники (рис. 13) применяют на станциях производительностью до 20 тыс. м3/сут. Это круглые в плане резервуары диаметром 4...9 м с коническим днищем. Вертикальные первичные отстойники предназначены для осветления быто­вых и близких к ним по составу производственных сточных вод (а также их смеси), со­держащих грубодисперсные примеси.

 

 

Рисунок 13 – Вертикальный отстойник

2. Радиальные отстойники (рис. 14). Они представляют собой круглые в плане резервуары. Вода в них движется от центра к периферии. При этом минимальная скорость наб­людается у периферии. Такие отстойники применяют при расхо­дах сточных вод свыше 20 000 м3/сут. Глубина проточной части отстойника 1,5—5 м, а отношение диаметра к глубине от 6 да 30. Обычно используют отстойники диаметром 16—60 м. Эф­фективность осаждения их составляет 60%.

 

 

Рисунок 14 – Радиальный отстойник

 

Повысить эффективность отстаивания можно путем увеличе­ния скорости осаждения, увеличив размеры частиц коагуляци­ей и флокуляцией или уменьшив вязкость сточной воды путем нагревания. Кроме того, можно увеличить площадь отстаивании и проводить процесс осаждения в тонком слое жидкости. В пос­леднем случае используют трубчатые и пластинчатые отстойни­ки. При малой глубине отстаивания процесс протекает за корот­кое время (4—10 мин), что позволяет уменьшить размеры от­стойников.

4. Тонкослойные отстойники

В системах оборотной очистки воды вместо радиальных отстойников могут быть применены герметичные тонкослойные отстойники Кроме герметичности, их достоинством является возможность работы в напорном режиме. Шламы и осадок выводятся из отстойника путем открытия специальных клапанов, и, также как процесс подачи воды, это автоматизировано [7]. Подобные отстойники, производимые компанией ООО Стройинжиниринг СМ, имеют производительность от 25 до 300 м³/час.

 

Пескоулавливание

 

 Их применяют для предварительного выде­ления минеральных и органических загрязнений (0,2—0,25 мм) из сточных вод. Различают горизонтальные, вертикальные, цилиндрические песколовки.

1. Горизонтальные песколовки (рис. 15) представляют собой резервуары с треугольным или трапецеидальным поперечным сечением. Глубина песколовок 0,25—1 м. Скорость движения во­ды в них не превышает 0,3 м/с. Разновидностью горизонтальных песколовок являются песколовки с круговым движением вя­лы в виде круглого резервуара конической формы с периферий­ным лотком для протекания сточной воды. Осадок собирается в коническом днище, откуда его направляют на переработку или в отвал. Применяются при расходах до 7000 м3/сут.

  

Рисунок 15  - Горизонтальная песколовка

2. Вертикальные песколовки (рис. 16) имеют прямоугольную или круглую форму, в них сточные воды движутся с вертикальным восходящим по­током со скоростью 0,05 м/с

 

Рисунок 16 – Вертикальная песколовка

 

3. Цилиндрические песколовки (рис. 17)

Преимущества: круговое вращение жидкости внутри сооружения и подачи ее по касательной к цилиндрической части корпуса, осаждение до 90% песка, удаление осадка осуществляется погружными или самовсасывающими насосами. Диаметр корпуса от 1000 до 3000 мм, высота от 1 до 15 метров

 

 

Рисунок 17 – Цилиндрическая песколовка

 

Конструкцию песколовки выбирают в зависимости от коли­чества сточных вод, концентрации взвешенных веществ. Наи­более часто используют горизонтальные песколовки. [16], [25]

 

1.2.2 Очистка сточных вод фильтрованием

Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодиспергированных твердых или жидких веществ, удаление которых отстаиванием затруднено. Разделение проводят при помощи пористых перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих диспергированную фазу. Процесс идет под дей­ствием гидростатического давления столба жидкости, повышен­ного давления над перегородкой или вакуума после перегородки. Выбор пере­городок зависит от свойств сточной воды, температуры, давле­ния фильтрования и конструкции фильтра.

В качестве перегородки используют металлические перфорированные ли­сты и сетки и.ч нержавеющей стали, алюминия, никеля, меди, латуни и др., а также разнообразные тканевые перегородки (асбестовые, стеклянные, хлоп­чатобумажные, шерстяные, из искусственного и синтетического волокна).

Для химически агрессивных сточных вод при повышенной температура и значительных механических напряжениях наиболее пригодны металлические перегородки, изготовляемые из перфорированных листов, сеток н пластин, получаемых при спекании сплавов.

Фильтровальные перегородки, задерживающие частицы, должны обла­дать минимальным гидравлическим сопротивлением, достаточной механиче­ской прочностью и гибкостью, химической стойкостью и по должны набухать и разрушаться при заданных условиях фильтрования. По материалу, из ко­торого изготовляют перегородки, их разделяют на органические и неоргани­ческие, но принципу действия – на поверхностные и глубинные, а по струк­туре — на гибкие и негибкие.

Процесс фильтрования проводят с образованием осадка на поверхности фильтрующей перегородки или с закупоркой пор фильтрующей перегородки. Осадки, которые образуются в процессе фильтрования, мо­гут быть сжимаемыми и несжимаемыми. Сжимаемые осадки характеризуются уменьшением порозности вследствие уплотне­ния и увеличением сопротивления с ростом перепада давления. У несжимаемых осадков порозность и сопротивление потоку жидкости в процессе фильтрования остаются постоянными. К таким осадкам относят вещества минерального происхожде­ния (песок, мел, сода и др.) с размером частиц > 100 мкм. Производительность фильтра определяется скоростью фильтро­вания, т. е. объемом воды, прошедшей в единицу времени черед единицу поверхности..

Механизмы извлечения частиц из воды сводятся к следующим:

1) процеживание, при котором извлечение частиц явля­ется чисто механическим; 2) гравитационное осаждение;. 3) инерционное захватывание; 4) химическая адсорбция; 5) фи­зическая адсорбция; 6) адгезия; 7) коагуляционное осаждение;. 8) биологическое выращивание.

В общем случае эти механиз­мы могут действовать совместно и процесс фильтрования состоит из трех стадий:

1) перенос частиц на поверхность вещест­ва, образующего слой;

2) прикрепление к поверхности

 3) отрыв от поверхности.

По характеру механизма задерживания взвешенных частиц различают два вида фильтрования: 1) фильтрование через пленку (осадок) загрязнений, образующуюся на поверхности зерен загрузки;

2) фильтрование без образования пленки загрязнений. В первом случае задерживаются частицы, размер которых больше пор материала, а затем образуется слой загряз­нений, который является также фильтрующим материалом.

Такой процесс характерен для медленных фильтров, которые работают при малых скоростях фильтрования. Во втором слу­чае фильтрование происходит в толще слоя загрузки, где части­цы загрязнений удерживаются на зернах фильтрующего мате­риала адгезионными силами. Такой процесс характерен для скоростных фильтров. Величина сил адгезии зависит от крупно­сти и формы зерен, от шероховатости поверхности и ее химиче­ского состава, от скорости потока и температуры жидкости, от свойств примесей.

Прилипшие частицы постоянно испытывают влияние движу­щегося потока, который в результате трения срывает их с по­верхности фильтрующего материала. При равенстве числа ча­стиц, поступающих в единицу времени на поверхность фильтру­ющего слоя и покидающих ее, наступает насыщение поверхности и она перестает осветлять сточные воды.

Для фильтрования используют различные по конструкции фильтры. Основные требования к ним: высокая эффективность выделения примесей и максимальная скорость фильтрования. Фильтры подразделяют по различным признакам: по виду процесса—для раз­деления, сгущения и осветления; по давлению при фильтровании — под ва­куумом (до 0,085 МПа), под давлением (от 0,3 до 1,5 МПа) или при гид­ростатическом давлении столба жидкости (до 0,05 МПа); по направлению фильтрования—вниз, вверх или вбок; по конструктивным признакам; но способу съема осадка, наличию промывки и обезвоживания осадка, по фор­ме и положению поверхности фильтрования.

По конструктивным особенностям фильтры подразделяются на фильтры с перегородками и фильтры со слоем зарнистого материала. Фильтры с зернистым слоем подразделяют на медленные и скоростные, открытые (высота слоя в фильтрах равна 1—2 м)  и закрытые (0,5—1 м слой фильтрования).

Медленные фильтры используют для фильтрования некоагулированных сточных вод. Они представляют собой бе­тонные или кирпичные резервуары с дренажным устройством,, на котором расположен зернистый слой. Скорость фильтрования в них зависит от концентрации взвешенных частиц: до 25 мг/л принимают скорость фильтрования 0,2—0,3 м/ч; при 25— 30 мг/л — 0,1—0,2 м/ч. Достоинством фильтров является высо­кая степень очистки сточных вод. Недостатки: большие размеры, высокая стоимость и сложная очистка от осадка.

Скоростные фильтры могут быть двух типов: одно­слойные и многослойные. У однослойных фильтров фильтрую­щий слой состоит из одного и того же материала, у многослой­ных—из различных материалов. Сточную воду в фильтр подают внутрь фильтра, где она проходит через фильтрующий материал и дренаж и удаляется из фильтра. После засорения фильтрующего материала проводят промывку подачей промывных вод снизу вверх. Дренажное устройство выполняют из пористобетониых сборных плит. На нем размещают фильтрующий материал (в 2—4 слоя) одного гра­нулометрического состава. Общая высота слоя загрузки равняется 1,5—2 м. Скорость фильтрования принимается равной 12—20 м/ч. В многослойных скоростных фильтрах фильтрующий слой состоит из зерен разных материалов. Например, из слоя антра­цита и песка. Верхние слои имеют зерна большего размера, чем нижние. Конструкция этих фильтров мало отличается от кон­струкции однослойных. Они имеют более высокую производительность и большую продолжительность фильтрования.

Микрофильтры. Процесс микрофильтрации заключается в процеживании сточной воды через сетки с отверстиями разме­ром от 40 до 70 мкм. Барабанные сетки имеют ячейки размером от 0,3X0,3 до 0,5X0,5 мм. Микрофильтры применяют для очист­ки сточных вод от твердых и волокнистых материалов.

Магнитные фильтры. Они нашли широкое распространение, обеспечивают степень очистки 80%- Такие фильтры применяют для удаления мелких ферромагнитных частиц (0,5—5 мкм) из жидкостей. Помимо магнитных частиц фильтры улавливают аб­разивные частицы, песок и другие загрязнения. Этому способ­ствует эффект электризации немагнитных частиц. Магнитные фильтры могут быть снабжены постоянным магнитом или элек­тромагнитом, их производительность до 60 м3/ч. При прохождении сточных вод ламинарным потоком через магнитное иоле ферромагнитные частицы размером 0,5—1 мкм намагничиваются и об­разуют агломераты размером до 50 мкм, которые удаляются фильтрованием, либо осаждаются под действием гравитационного поля. Направление потока жидкости должно совпадать с направлением магнитного поля, так как при этом создаются наиболее благоприятные условия осаждения.

Магнитные сепараторы делят на три группы:

1) сепараторы, в которых отделение ферромагнитных частиц идет непосредст­венно под действием постоянного магнита;

2) сепараторы, в ко­торых отделителями частиц служат специальные ферромагнитные элементы, помещенные в силовом поле постоянного магни­та (или группы магнитов);

3) фильтры-сепараторы, представ­ляющие собой комбинацию постоянных магнитов с различными механическими фильтрующими элементами. Наиболее простыми сепараторами являются магнитные уловители и магнитные пат­роны.

Степень очистки фильтрованием зависит от напряженности магнитного поля, скорости течения жидкости, ее вязкости, рас­положения силовых полей относительно направления потока жидкости. Рассмотрим  системы очистки сточных вод. В них используют фильтры периодического действия: нутч-фильтры, листовые и фильтр-прессы и фильтры непрерывного действия: барабанные, дисковые, ленточные [3].

 

Фильтры непрерывного действия

 

1. Барабанные фильтры

Для разделения труднофильтруемых суспензии разработаны непрерыв­ные высокопроизводительные барабанные вакуум-фильтры со сходящим по­лотном и поверхностью фильтрования до 40 м³.

 Механические барабанные фильтры  (рис. 18) обеспечивают эффективную систему фильтрации воды путем удаления твердых частиц. Неочищенная вода самотеком поступает на фильтр в центре барабана под действием вакуума, проходит микросеть, установленную на барабане, очищается и стекает в поддон. Барабан вращается и очищается от ила струей воды под напором 8 бар. Отделенный ил удаляется из фильтра через трубку. Регенерация ткани производится промывной жидкостью, подаваемой под давлением через систему насадок[24]

 

 

 

Рисунок 18 – Барабанный фильтр

 

Микросетчатые барабанные фильтры – это идеальное решение для фильтрации сточных вод в очистных установках. Фильтры также находят применение при фильтрации вод бумажной и текстильной промышленности, электро- и теплостанций, рыбных ферм, зоопарков и многих других производств. Значительным достоинством фильтров является инновационная «cli-clo» система, обеспечивающая простую замену фильтровальной ткани, принцип системы – унифицированная фильтрационная решетка для фильтров всех размеров. Монтаж фильтрационной решетки можно провести очень быстро без крепежных элементов и инструментов. Фильтровальная ткань обеспечивает фильтрацию на уровне десяток микрометров, при этом при помощи фильтровальной ткани из сточных вод удаляются НВ, ХПК и БПК5. Установить микросетчатые фильтры можно двумя способами: в бетонные стоки или в нержавеющие резервуары. Оборудование производится из нержавеющей стали.

 

2. Ленточные фильтры.

Ленточные фильтр-прессы ПЛ-6 (рис. 19) производительностью до 6 м куб/час применяются для обезвоживания осадков на небольших или локальных очистных сооружениях с расходом сточных вод до 10000 м куб/час. Очистка сточных вод от механических загрязнений осуществляется через участок фильтрующей ленты, изготовленной из пористого бумажного полотна. При скапливании на ленте слоя осадка определенной толщины, лента начинает перематываться на другой барабан и регенерируется. Работают при расходе от 110 до 600 л/мин [7].

 

3. Дисковые фильтры с автоматической промывкой

 

Дисковые фильтры (рис. 20) предназна­чены преимущественно для фильтрования суспензий с невысокой скоростью-осаждения твердой фазы, а также для разделения легконспаряющихся, вязких, окисляемыхи токсичных суспензий

Автоматические системы фильтрации Helix - типоряд самопромывных автоматических фильтров с дисковым фильтрующим элементом производительностью от 5 до 10000 м3/ч. Преимущества:

-Системы с центрифуговым принципом работы.

-Дисковая фильтрация - большая фильтрующая поверхность, высокая эффективность очистки.

-Специальный дизайн и конструктивные материалы гарантируют прочность и долговечность фильтров.

-Модульность, универсальность и совместимость с другими системами водоподготовки.

-Тонкость фильтрации от 5 до 500 микрон.

-Экономичность

-Устойчивы к химическим продуктам (в том числе удобрениям). Снабжены специальными прокладками. [26]

 

 

Рисунок 19 - Ленточный фильтр-пресс ПЛ-06К

 

Рисунок 20 - Дисковые фильтры Azud с автоматической промывкой

 

В дисковых фильтрах фильтрующим элементом является пакет специальных дисков, изготовленных из прочных полимерных материалов, на обоих поверхностях которых по диагонали нанесены канавки определенной глубины и ширины, обеспечивающие высокую тонкость и точность фильтрации. При сжатии двух соседних дисков между ними образуется объемная сетчатая структура, являющаяся рабочим фильтрующим элементом.

Фильтрующей поверхностью в данном случае является сумма площадей всех дисков, входящих в пакет. То есть, дисковый фильтр представляет себе как бы много сетчатых фильтров, но обладает при этом рядом достоинств, которыми сетчатые фильтры не обладают.

 

3. Пластинчатые фильтры

 

Фильтры этого типа производят очистку сточных вод от взвешенные частиц и нефтепродуктов, выгрузка шлама происходит автоматически. Принцип действия заключается в прохождении сточных вод через систему движущихся пластин, закрепленных на поршне [7].

 

Фильтры периодического действия

 

1. Нутч-фильтры.

Из фильтров периодического действия наиболее простыми по устройст­ву являются нутч- или друк-фнльтры (рис. 21). Они предназначены для разделения нейтральных, кислых и щелочных суспензий. Фильтры представляют собой емкость с ложным перфорированным днищем, на котором закреплена фильт­ровальная ткань. Нижняя часть фильтра присоединяется к вакуумной си­стеме через ресивер. Осадок, накапливающийся на ткани, удаляют вручную [15].

Нутч-фильтры, работающие под вакуумом представляют собой открытые цилиндрические резервуар с плоским дном, на которое укладывается фильтрующий материал. Суспензия заливается в фильтр сверху, а с противоположенной стороны дна под фильтрующим материалом создается вакуум, под действием которого происходит разделение (выделение, отделение) твердой фазы суспензии (осадок) и жидкой фазы.

Достоинства нутч-фильтров: простота работы, долговечность, возможность равномерной и полной промывки осадка, т.к. промывную жидкость можно распределить по всей поверхности осадка.

Нутч-фильтры изготавливаются из следующих материалов: нержавеющая сталь; сталь 3 с покрытием;  пластик (полиэтилен, полипропилен, ПВХ, ПВДФ).

 

2. Листовые фильтры

 

Листовой фильтр представляет собой емкость, в которой размещены листовые элементы. Фильтровальный элемент представляет собой полую ра­му с проволочной сеткой, обтянутую снаружи фильтровальной тканью. Сус­пензия поступает внутрь аппарата. В процессе фильтрования осадок намы­вается на фильтровальный элемент, а фильтрат непрерывно отводится из. емкости. По окончании процесса фильтрования осадок сжатым воздухом удаляют с фильтрующих элементов внутрь емкости и выводят через спе­циальный штуцер. Наиболее эффективно листовые фильтры используют в процессах сгущения суспензий. Достоинством листовых фильтров является их компактность, существенным недостатком – необходимость смены фильтрующих мешков.

 

 

Рисунок 21 – Нутч-фильтр (ИПГ "Аква-Венчур")

 

3. Фильтр-прессы

 

Фильтр-пресс – это периодически действующее устройство для разделения дисперсных систем, содержащих жидкую и твердую фазы – суспензий, шламов – путем создания гидравлического давления фильтруемой субстанции на статическую фильтровальную перегородку внутри набора замкнутых, жестко ограниченных фильтровальных камер с помощью подающего насоса (рис. 22). При этом твердая фаза задерживается внутри камер (образуется так называемый “кек”), а жидкая фаза (фильтрат), проникая сквозь фильтровальные перегородки, вытекает через отводные каналы [17].

Фильтровальные камеры образуются углублениями двух прижатых друг к другу соседних фильтровальных плит, подвижно закрепленных к направляющим и точно совмещаемых друг с другом периметрами. Будучи сжаты специальным механизмом, фильтровальные плиты герметично прилегают краями друг к другу образуя набор фильтровальных камер, который принято называть “пакет”. Фильтровальные плиты с обеих сторон покрыты фильтровальными полотнами, а также имеют каналы для поступления фильтруемой субстанции и для отвода фильтрата. Количество фильтровальных плит на одном фильтр-прессе может доходить до 100 и более.

Разгрузка осадка (кека) производится под действием силы тяжести после раздвижения фильтровальных плит и раскрытия фильтровальных камер.

Фильтр-пресс позволяет осуществлять промывку и осушку осадка до разгрузки, внутри фильтровальных камер. Кроме того, будучи оснащенным специальными мембранными плитами, фильтр-пресс позволяет проводить промывку и продувку осадка при его механическом сжатии, что повышает качество этих процедур, уменьшает расход промывочной жидкости и осушающего газа, а также уменьшает конечную влажность осадка.

Фильтр-прессы могут иметь различную конструкцию – вертикальные или горизонтальные, плиточно-рамные или камерные, с различной формой и конфигурацией плит и так далее. Основную часть составляют горизонтальные камерные фильтр-прессы с квадратными плитами.

 

Рисунок 22 – Пресс-фильтр

 

 

Рабочий цикл фильтр-пресса состоит из следующих основных частей:

1. Закрытие фильтр-пресса (механизм сжимает пакет плит);
2. Фильтрация (суспензия подается насосом в фильтровальные камеры под давлением до их полного заполнения осадком и доведения осадка до некоторой конечной влажности);
3. Отжим осадка эластичными мембранами (если имеются);
4. Промывка осадка (если нужно);
5. Дополнительный отжим эластичными мембранами (если имеются);
6. Осушка осадка сжатым газом или горячим паром (если нужно);
7. Разгрузка осадка (открытие фильтр-пресса, то есть раздвижение плит);
8. Регенерация фильтровальных полотен промывкой под высоким давлением (если необходимо; может применяться автоматическая либо ручная).

Фильтр-пресс имеет следующие преимущества, по сравнению с другими типами фильтровального оборудования:

-Относительная простота конструкции;

-Большая площадь фильтрования относительно занимаемой устройством площади

-Широкий спектр областей применения;

-Высокая степень разделения фаз;

-Пригодность для разделения суспензий с низкой концентрацией твердых частиц;

-Возможность фильтрования трудно разделяемых суспензий и  разделения их при высокой температуре в тех случаях, когда охлаждение суспензии недопустимо (например, вследствие выпадения кристаллов из жидкости);

-Возможность фильтрования высокотоксичных суспензий и  промывки осадка на фильтре, причем осадок при промывке может находиться в сжатом мембраной состоянии, что значительно повышает эффективность промывки и понижает расход промывочной жидкости;

-Возможность осушки осадка на фильтре (с теми же преимуществами, что и для промывки), полной автоматизации процесса фильтрации, тонкой регулировки параметров процесса фильтрации.

 

1.2.3 Удаление взвешенных частиц под действием центробежных сил

 

Гидроциклоны

 

Гидроциклоны предназначены для удаления взвешенных частиц в непрерывном режиме (непрерывная механическая очистка) и с высокой пропускной способностью. Существенной особенностью напорных гидроциклонов является возможность выгрузки осадка без остановки процесса осветления. Существуют модели напорных и безнапорных гидроциклонов.

Напорные гидроциклоны – аппараты, в которых очистка воды от взвешенных загрязнений происходит под действием центробежных сил, возникающих во вращающемся потоке, благодаря тангенциальному впуску воды. После аппарата поток воды имеет остаточный напор, что облегчает компоновку очистных сооружений в целом. Напорные гидроциклоны рационально применять для очистки небольшого объема промышленных сточных вод (до 100 м3/ч) от минеральных загрязнений плотностью более 1,5 г/см3.

Напорные гидроциклоны выпускаются в типовом исполнении и рассчитаны на производительность от 4 – 40 м3/час, при потере напора в них 1 – 2 кг/см2.

Для увеличения производительности фильтров - напорных гидроциклонов, их объединяют в параллельно работающие батарейные гидроциклоны. Для гидроциклонов диаметром 50 – 200 мм выпускаются системы с единой емкостью для сбора осадка, что значительно ускоряет его выгрузку. Все напорные гидроциклоны выполнены из нержавеющей стали и рассчитаны на рабочее давление до 8 атм. При необходимости комплектуются манометрическими узлами на входном м выходном трубопроводах.

Все напорные гидроциклоны выполнены из нержавеющей стали и рассчитаны на рабочее давление до 8 атм. При необходимости комплектуются манометрическими узлами на входном м выходном трубопроводах.

Безнапорные гидроциклоны – аппараты, в которых очистка воды производится во вращающемся потоке,  в котором создаются условия для укрупнения частиц загрязнений вследствие их агломерации. Безнапорные гидроциклоны используются для выделения частиц гидравлической крупностью 0,3 мм/с и могут применяться в качестве первой ступени очистки для выделения основной массы загрязнений, а также в качестве песколовки на очистных сооружениях промышленных сточных вод. Их применение особенно эффективно для выделения коагулированных взвесей. [9]

Для обеспечения не­обходимой производительности по разделяемой среде с сохранением требуемой эффективности разде­ления единичные гидроциклоны компонуются в батарейные гидро­циклоны.

В связи с растущими потребно­стями в батарейных гидроциклон­ных аппаратах различных конструк­ций возникла необходимость в раз­работке их типоразмерных рядов. В конструкцию батарейного гид­роциклонного аппарата вхо­дят коллектор исходной суспензии, группа линейно расположенных вдоль коллекторов пластмассовых или ме­таллических гидроциклонов , кол­лектор сгущенной суспензии и кол­лектор осветленной жидкости. Со­единение выходных отверстий еди­ничных гидроциклонов с соответ­ствующими коллекторами осуществ­ляется посредством отводов  и гиб­ких прозрачных шлангов .

Аппарат работает следующим образам. Исходная суспензия под давлением подается через входной патрубок в коллектор исходной суспензии  и далее через входные патрубки в гидроциклоны, где вследствие тангенциального входа приобретает интенсивное вращатель­ное движение. Под действием воз­никающих при этом сил происходит процесс разделения, при этом взве­шенные частицы продукта отбрасы­ваются к стенкам гидроциклона и, двигаясь по спирали к песковому на­садку, выгружаются через соедини­тельные шланги в виде сгущенной суспензии в коллектор и затем вы­водятся из аппарата. Осветленная жидкость движется в гидроциклонах обратным вихревым потоком вверх и через сливные пат­рубки гидроциклонов и отводы попа­дает в коллектор осветленной жидко­сти 4 и далее удаляется из аппарата [8].

 

 

 

Центрифуги

 

Центрифуга (декантер)  применяется для механического разделения твердой и жидкой фаз в смесях с различной плотностью. Процесс разделения базируется на принципе осаждения твердых частиц, причем процесс осаждения механических частиц под действием центробежных сил происходит значительно быстрее чем при гравитации. Центрифуга (рис. 23) применяется для сгущения и обезвоживания осадков, образующихся в различных стадиях очистки сточных вод. Промышленные центрифуги используются для очистки коммунальных и промышленных стоков, добыча песка, гравия и минерального сырья, обработка нефтешламов, сталелитейных шламов и угольной пыли, очистка и обезвоживание нефтепродуктов.

Преимущества: компактность конструкции, простота обслуживания, возможность непрерывности технологического процесса разделения суспензий, возможность промывки осадка, высокая степень осушки, большая производительность, возможность включения в автоматические или непрерывно действующие технологические линии

 

Рисунок 23 - Цетрифуга

1.3  Защита от электромагнитных полей и излучений

 

1.3.1  Виды ЭМИ

 

Спектр электромагнитного излучения природного и техногенного происхождения, оказывающий влияние на человека как в условиях быта, так и в производственных условиях, имеет диапазон волн от тысяч километров (переменный ток) до триллионной части миллиметра (космические энергетические лучи). Характер воздействия на человека электромагнитного излучения в разных диапазонах различен. В связи с этим значительно различаются и требования к нормированию раз­личных диапазонов электромагнитного излучения.

В производственных условиях на работающего оказывает воздействие широкий спектр электромагнитного излучения. В зависимости от диапазона длин волн различают: электромагнитное излучение ра­диочастот (10⁷...10^-4 м), инфракрасное излучение (<10^-4...7,5×10^-7 м), видимую область (7,5×10^-7...4×10^-4 м), ультрафиолетовое излучение  (< 4×10^-7 ...10^-9 м), рентгеновское излучение, гамма-излучение (< 10^-9 м) и др.

 

Электромагнитное поле (ЭМП) диапазона радиочастот.

 

Оно обла­дает рядом свойств, которые широко используются в отраслях эконо­мики. Эти свойства (способность нагревать материалы, распрост­ранение в пространстве и отражение от границы раздела двух сред, взаимодействие с веществом) делают использование ЭМП диапазона радиочастот весьма полезным и перспективным в промышленности, науке, технике, медицине [21]

Источниками ЭМП этого вида являются приборы, применяемые в промышленности для индукционного нагрева металлов и полупровод­ников (в таких технологических процессах, как закалка и отпуск деталей, накатка твердых сплавов на режущий инструмент, плавка металлов и полупроводников, очистка полупроводников, выращивание полупроводниковых кристаллов и пленок), а также приборы диэлект­рического нагрева, применяемые для сварки синтетических материа­лов, прессовки синтетических порошков. Свойства электромагнитных волн распространяться в пространстве и отражаться от границы раздела сред широко используют в таких областях, как радиосвязь, телевиде­ние, радиолокация, дефектоскопия и других, поэтому телевизионные и радиолокационные станции, антенны радиосвязи являются также мощными источниками ЭМП диапазона радиочастот. Различают тех­нологические и паразитные источники ЭМП. К последним относятся выносные согласующие трансформаторы, выносные батареи конден­саторов, фидерные линии, щели в обшивке установок.

В радиоаппаратуре всех диапазонов частот к технологическим источникам относятся антенны, петли связи, к паразитным — щели в обшивках генераторов, неплотности соединений тракт, различные отверстия и др.

Единицами ЭМП являются: частота f (Гц), напряженность элект­рического поля Е (В/м), напряженность fH (А/м), плотность потока энергии J (Вт/м²). В ЭМП существуют три зоны, которые различаются по расстоянию от источника ЭМП.

Зона   индукции имеет радиус, равный

,

где l — длина волны электромагнитного излучения. В этой зоне электромагнитная волна не сформирована и поэтому на человека действует независимо друг от друга напряженность электрического и магнитного полей.

Зона интерференции (промежуточная) имеет радиус, определяемый по формуле

.

В этой зоне одновременно воздействуют на человека напряжен­ность электрического, магнитного поля, а также плотность потока энергии.

Дальняя зона характеризуется тем, что это зона сформиро­вавшейся электромагнитной волны. В этой зоне на человека воздей­ствуют только энергетическая составляющая ЭМП — плотность потока энергии. Если источник ЭМП имеет сверхвысокие частоты (СВЧ), то практически он создает вокруг себя зону энергетического воздействия — дальнюю зону, имеющую радиус:

.

Знание длин волн ЭМП, формируемых источником, дает возмож­ность выбора приборов контроля электромагнитного излучения. Для низкочастотных источников ЭМП (НЧ, ВЧ, УВЧ -диапазоны) необхо­димо использовать приборы, измеряющие электрическую и магнитную составляющие ЭМП, для СВЧ-диапазона — приборы, позволяющие измерять плотность потока энергии ЭМП.

 

 Инфракрасное излучение (ИКИ)

 

 Инфракрасное излучение — это тепловое излучение, пред­ставляющее собой невидимое электромагнитное излучение с длиной волны от 0,76 до 420 мкм и обладающее волновыми и световыми свойствами.

По длине волны инфракрасные лучи делятся на коротковолновую ИКИ-А (менее 1,4 мкм), средневолновую ИКИ-В (1,4...3 мкм), длин­новолновую ИКИ-С (3 мкм...1 мм) область. В производственных условиях гигиеническое значение имеет более узкий диапазон (0.76...70 мкм).

Источником инфракрасного излучения является любое нагретое тело. Степень инфракрасного излучения характеризуется следующими основными законами, используемыми для оценки гигиенического нормирования.

Лучеиспускание обусловливается только состоянием излучающего тела и не зависит от окружающей среды (закон Кирхгофа). Лучеиспу­скательная способность любого тела пропорциональна его лучепоглощающей способности. Тело, поглощающее все падающие на него лучи (абсолютно черное тело), обладает максимальным излучением. На этом законе основано применение поглощающей защитной одежды, свето­фильтров, устройство приборов для измерения теплового излучения, а также окраска оборудования.

С повышением температуры излучающего тела интенсивность из­лучения Е (Вт/м²) увеличивается пропорционально 4-й степени его абсолютной температуры (закон Стефана — Больцмана):

,

где s — постоянная Стефана — Больцмана, равная 5,67032×10^-8 Вт м^-2 К^-4; Т — абсолютная температура, К (Кельвин).

Таким образом, даже небольшое повышение температуры тела приводит к значительному росту отдачи теплоты излучением. Исполь­зуя этот закон, можно определить величину теплообмена излучением в производственных условиях.

Количество тепловой энергии, передаваемое излучением, опреде­ляется по формуле:

,

где Е — теплоотдача, (Вт), С₁ и С₂ —константы излучения с поверх­ностей; s —постоянная Стефана — Больцмана; Т₁ и Т₂ —температу­ры поверхностей (К), между которыми происходит теплообмен излучением.

При расчете теплоотдачи излучением учитывают температуру стен и других поглощающих тепловую радиацию поверхностей (среднерадиационная температура). [18]                                                                     

Интенсивность теплового излучения на рабочих местах может колебаться от 175 Вт/м² до 13 956 Вт/м². К горячим цехам относят цеха, в которых тепловыделение превышает 23 Дж/м². В литейных цехах (нагрев и обработка деталей) интенсивность теплового излучения составляет 1392.. .3480 Вт/м².

 

Лазерное излучение

 

 Это излучение формируется в оптических квантовых генераторах (лазерах) и представляет собой оптическое когерентное излучение, характеризующееся высокой направленностью и большой плотностью энергии.    Главный элемент лазера, где форми­руется излучение, — активная среда, для образования которой исполь­зуют: воздействие света нелазерных источников, электрический разряд в газах, химические реакции, бомбардировку электрическим пучком и другие методы «накачки». Активная среда (элемент), расположена между зеркалами, образующими оптический резонатор. Активной сре­дой лазера может быть твердый материал (рубины, стекло, активиро­ванное неодимом, аллюмоиттриевый гранат, пластмассы), полуп­роводники (Zn, S, ZnO, CaSe, Те, PbS, GaAs, и др.), жидкость (с редкоземельными активаторами или органическими красителями), газ (He-Ne, Ar, Kr, Xe, Ne, He-Cd, CO2 и др.) и др. Существуют лазеры непрерывного и импульсного действия. Классификация лазеров пред­ставлена на рис.

Лазеры получили широкое применение в научных исследованиях (физика, химия, биология и др.), в практической медицине (хирургия, офтальмология и др.), а также в технике (связи, локации, измеритель­ная техника, география), при исследовании внутренней структуры вещества, разделении протонов, термоядерном синтезе, термообработ­ке, сварке, резке, при изготовлении отверстий малого диаметра — микроотверстий и др. Области применения лазера определяются энер­гией используемого лазерного излучения.

Величина генерируемого лазером электромагнитного излучения составляет: в области рентгеновского диапазона 3×10^-3...3×10^-7 мкм, ультрафиолетового 0,2...0,4 мкм, видимого света 0,4...0,75 мкм, ближ­него инфракрасного 0,75...1,4 мкм, инфракрасного 1,4...10² мкм, суб­миллиметрового 10²...10³ мкм.

 

 

• Воздействие ЭМИ на человека

 

Действие излучения радиочастотного диапазона

 

Биологическое действие ЭМП радиочастот характеризуется тепло­вым действием и нетепловым эффектом. Под тепловым действием подразумевается интегральное повышение температуры тела или от­дельных его частей при общем или локальном облучении. Нетепловой эффект связан с переходом электромагнитной энергии в объекте в нетепловую форму энергии (молекулярное резонансное истощение, фотохимическая реакция и др.). Чем меньше энергия электромагнит­ного излучения, тем выше тепловой эффект, который он производит.

По своим биофизическим свойствам ткани организма неоднород­ны, поэтому может возникнуть неравномерный нагрев на границе раздела с высоким и низким содержанием воды, что определяет высокий и низкий коэффициент поглощения энергии. Это может привести к образованию стоячих волн и локальному перегреву ткани, особенно с плохой терморегуляцией (хрусталик, желчный пузырь, кишечник, семенники).

Влияние ЭМП на организм зависит от таких физических парамет­ров как длина волны, интенсивность излучения, режим облучения — непрерывный и прерывистый, а также от продолжительности воздей­ствия на организм, комбинированного действия с другими производ­ственными факторами (повышенная температура воздуха, наличие рентгеновского излучения, шума и др.), которые способны изменять сопротивляемость организма на действие ЭМП. Нормирование воздействия электромагнитного излучения радиоча­стот. Оценка воздействия ЭМИ РЧ на человека согласно СаНПиН 2.2.4/2.1.8.055—96.

 

Действие ИКИ

 

Лучистое тепло имеет ряд особенностей и инфракрасное излучение помимо усиления теплового воздействия на организм рабо­тающего обладает и специфическим влиянием, зависящим от интен­сивности энергии излучения отдельных участков его спектра. Существенное влияние на теплообмен организма оказывают оптические свойства кожного покрова с его избирательной характеристикой коэффициентов отражения, поглощения и пропускания инфракрасной радиации.

Воздействие ИКИ на организм человека проявляется как общими, так и местными реакциями. Местная выражается сильнее при длин­новолновом облучении, поэтому при одной и той же интенсивности облучения время переносимости в этом случае меньше, чем при коротковолновой радиации. За счет большой глубины проникновения в ткани тела коротковолновая область спектра ИКИ вызывает повы­шение температуры глубоколежащих тканей. Например, длительное облучение глаза может привести к помутнению хрусталика (професси­ональная катаракта).

Под влиянием ИКИ в организме человека возникают биохимиче­ские сдвиги и изменения функционального состояния центральной нервной системы: образуются специфические биологически активные вещества типа гистамина, холина, повышается уровень фосфора и натрия в крови, усиливается секреторная функция желудка, поджелу­дочной и слюнной желез, в центральной нервной системе развиваются тормозные процессы, уменьшается нервно-мышечная возбудимость, понижается общий обмен веществ. При инфракрасном облучении кожи повышается ее температура, изменяется тепловое ощущение. При интенсивном облучении возни­кают ощущения жжения, боль.

 

Действие лазерного излучения

 

Биологическое действие лазерного излучения зависит от энергии излучения Е, энергии импульса Е_И, плотности мощности (энергии) W_р (W_е), времени облучения t, длины волны l, длительности импульса т, частоты повторения импульсов f, потока излучения Ф, поверхностной плотности излучения Е_э, интенсивности излучения I. Под воздействием лазерного излучения нарушается жизнедеятель­ность как отдельных органов, так и организма в целом. В настоящее время установлено специфическое действие лазерных излучений на биологические объекты, отличающееся от действия других опасных производственных физических и химических факторов. При воздейст­вии лазерного излучения на сплошную биологическую структуру (на­пример, на организм человека) различают три стадии: физическую, физико-химическую и химическую.

1. Физическая стадия

Происходят элементарные взаимо­действия излучения с веществом, характер которых зависит от анато­мических, оптико-физических и функциональных особенностей ткани, а также от энергетических и пространственных характеристик излуче­ния и, прежде всего, от длины волны и интенсивности излучения. На этой стадии происходит нагревание вещества, преобразование энергии электромагнитного излучения в механические колебания, ионизация атомов и молекул, возбуждение и переход электронов с валентных уровней в зону проводимости, рекомбинация возбужденных атомов и др. При воздействии непрерывного лазерного излучения преобладает в основном тепловой механизм действия, в результате которого про­исходит свертывание белка, а при больших мощностях — испарение биоткани. При импульсном режиме (с длительностью импульсов мень­ше 10^-2 с) механизм взаимодействия становится более сплошным и приводит к преобразованию излучения в энергию механических коле­баний среды, в частности ударной волны. При мощности излучения свыше 10⁷ Вт и высокой степени фокусировки лазерного луча возможно возникновение ионизирующих излучений.

2. Физико-химическая стадия

На этой стадии из ионов и возбужденных молекул образуются свободные радикалы, обладающие высокой спо­собностью к химическим реакциям.

3. Химическая стадия

Здесь свободные радикалы реагируют с молекулами веществ, входящих в состав живой ткани, и при этом возникают те молекулярные повреждения, которые в дальнейшем опре­деляют общую картину воздействия лазерного излучения на облучаемую ткань и организм в целом.

Лазерное излучение представляет опасность главным образом для тканей, которые непосредственно поглощают излучение, поэтому с позиций потенциальной опасности воздействия и возможности защиты от лазерного излучения рассматривают в основном глаза и кожу. Известна высокая чувствительность роговицы и хрусталика глаза при воздействии электромагнитных излучений. Способность оптиче­ской системы глаза на несколько порядков увеличивать плотность энергии видимого и ближнего инфракрасного диапазона на глазном дне по отношению к роговице, наиболее чувствительны к воздействию лазерного излучения. Длительное действие лазерного излучения видимого диапазона на сетчатку глаза (не намного меньше порога ожога) может вызвать необратимые изменения в ней, а в диапазоне близкого инфракрасного излучения может привести к помутнению хрусталика глаза. Клетки сетчатки, как и клетки центральной нервной системы, после повреж­дения не восстанавливаются.

Действие лазерного излучения на кожу в зависимости от первона­чальной поглощенной энергии приводит к различным поражениям: от легкой эритемы (покраснения) до поверхностного обугливания и, в конечном итоге, образования глубоких дефектов кожи.

 

• Защита от ЭМИ

 

Защита от электромагнитных излучений разделяется на активную и пассивную. Пассивная защита – проведение организационных и/или технических мероприятий на прилегающих к излучаемому объекту территориях или на конкретных объектах, подверженных воздействию ЭМП. Пассивные методы защиты – защита расстоянием (организация санитарных зон), временем (ограничение времени пребывания в ЭМП), экранирование (применение поглощающих и экранирующих материалов), градостроительные мероприятия (озеленение, специальная планировка прилегающих к излучающим объектам районов, использование естественного и создание затеняющего   искусственного рельефа местности) и т.д

По своему назначению пассивная защита может быть коллективной, предусматривающей мероприятия для групп персонала, и индивидуальной - для каждого специалиста в отдельности. В основе каждой из них лежат организационные и инженерно-технические мероприятия.

Организационные меры защиты  направлены на обеспечение оптимальных вариантов расположения объектов, являющихся источниками излучения, и объектов, оказывающихся в зоне воздействия, организацию труда и отдыха персонала с целью снизить до минимума время пребывания в условиях воздействия, предупредить возможность попадания в зоны с интенсивностями, превышающими ПДУ, т. е. осуществить защиту «временем». Внедрение в практику этих защитных мер начинается в период предупредительного и уточняется в период текущего санитарного надзора. К организационным мерам защиты следует отнести и проведение ряда лечебно-профилактических мероприятий. Это, прежде всего, обязательное медицинское освидетельствование при приеме на работу, последующие периодические медицинские обследования, что позволяет выявить ранние нарушения в состоянии здоровья персонала, отстранить от работы при выраженных изменениях состояния здоровья.

К организационным мерам следует отнести также применение средств наглядного предупреждения о наличии того или иного излучения, вывешивание плакатов с перечнем основных мер предосторожности, проведение инструктажей, лекций по безопасности труда при работе с источниками излучений и профилактике их неблагоприятного и вредного воздействия. Большую роль в организации защиты играют объективная информация об уровнях интенсивностей на рабочих местах и четкое представление об их возможном влиянии на состояние здоровья работающих (профилактика «радиофобии»).

Защита «временем» предусматривает нахождение в контакте с излучением только по служебной необходимости с четкой регламентацией по времени и пространству совершаемых действий; автоматизацию работ; уменьшение времени настроечных работ и т. д. В зависимости от воздействующих уровней время контакта с ними определяется в соответствии с действующими нормативными документами.

Защита рациональным (оптимальным) размещением подразумевает определение санитарно-защитных зон, зон недопустимого пребывания на этапах проектирования. В этих случаях для определения степени снижения воздействия в каком-то пространственном объеме используют специальные расчетные, графоаналитические, инструментальные (стадия экспериментальной эксплуатации) методы.

Организационные меры коллективной и индивидуальной защиты основаны на одних и тех же принципах и в некоторых случаях относятся к обеим группам. Разница лишь в том, что первые направлены на нормализацию электромагнитной обстановки для целых коллективов, на больших производственных площадях, а вторые уменьшают излучения при индивидуальной регламентации труда.

Инженерно-технические меры защиты  применяются в тех случаях, когда исчерпана эффективность организационных мер.

Коллективная защита  по сравнению с индивидуальной предпочтительней вследствие простоты обслуживания и проведения контроля над эффективностью защиты. Однако ее внедрение часто осложняется высокой стоимостью, сложностью защиты больших пространств. Нецелесообразно, например, ее использование при проведении кратковременных работ в полях с интенсивностью выше предельно допустимых уровней. Это ремонтные работы в аварийных ситуациях, настройка и измерение в условиях открытого излучения, при проходе через опасные зоны и т.д. В таких случаях показано применение индивидуальных средств защиты. Тактика применения методов коллективной защиты от ЭМИ зависит от нахождения источника облучения по отношению к производственному помещению: внутри или снаружи.

Индивидуальные средства защиты  предназначены для предотвращения воздействия на организм человека ЭМИ с уровнями, превышающими предельно допустимые, когда применение иных средств невозможно или нецелесообразно. Они могут обеспечить общую защиту, либо защиту отдельных частей тела (локальная защита).

Активная защита (активные методы и средства защиты от ЭМП) – воздействие на сам источник излучения, предусматривающее мероприятия по снижению излучаемой мощности, изменению характеристик излучения антенных систем, изменению режимов работы технических средств.

Развитие методов анализа полей вблизи излучателей позволило совершенствовать «активные» методы защиты, к которым следует отнести уменьшение излучаемых мощностей, перенос и реконструкцию излучающих элементов, изменение режимов работы технических средств и т.д.

Очевидно, что все методы активной защиты применимы для населения. Важным направлением, способствующим решению задач «активной» защиты, является классификация антенн по степени экологической опасности  и разработка излучающих систем с улучшенными экологическими характеристиками.

 

 

Защита от действия ЭМИ РЧ и СВЧ. Техническая защита от действия ЭМИ РЧ и СВЧ на промышленных объектах

 

К общим методам технической защиты от ЭМИ относятся (защищают от прямого прикосновения человека):

-выполнение основной изоляции токоведущих частей

--выполнение заграждений и оболочек

-установка барьеров

-размещение электроустановок вне зоны досягаемости

-малое напряжение, используемое в электроустановках (не должно превышать 50 В переменного и 120 В постоянного тока)

-защитное автоматическое отключение питания (защитное автоматическое размыкание цепи или нескольких фазных проводников)

Для защиты от поражения током вследствие повреждения изоляции применяют следующие меры защиты при косвенном прикосновении:

-автоматическое отключение питание

-уравнивание и выравнивание потенциалов

-двойную или усиленную изоляцию (использование основной и дополнительной изоляции)

-защитное электрическое разделение цепей

-изолирующие помещения, зоны, площадки

-защитное заземление и зануление [2]

 

Экранирующие свойства строительных материалов

 

Определенными защитными свойствами, оцениваемыми по степени сквозного затухания, обладают строительные материалы и конструкции из них.

1. Радиопоглощающие материалы

Защита, основанная на принципе радиопоглощения, применяется при создании аналогов свободного пространства при антенных нагрузках; при невозможности применения каких-либо других защитных материалов вследствие возможного нарушения технологического процесса; при обкладывании мест стыков внутренней поверхности шкафов с генераторной и усилительной аппаратурой, генерирующей ЭМИ; при закладывании щелей между теми деталями волноведущих структур, которые не могут быть соединены сваркой или пайкой. Используемые радиопоглощающие материалы должны отвечать следующим требованиям: максимальное поглощение электромагнитных волн в широком частотном диапазоне, минимальное отражение, отсутствие вредных испарений, пожаробезопасность, небольшие габариты и вес.

По максимальному поглощению и минимальному отражению лучшими качествами обладают материалы с ячеистой структурой, пирамидальной или шиповидной поверхностью.

Радиопоглощающие материалы разделяются на материалы интерференционного типа, где гашение электромагнитных волн происходит за счет интерференции, и материалы, в которых электромагнитная энергия превращается в тепловую за счет наведения рассеянных токов, магнитогистерезисных или высокочастотных диэлектрических потерь. По электрическим и магнитным свойствам различают диэлектрические и магнитодиэлектрические материалы, по рабочему диапазону частот поглощения – узко- и широкодиапазонные. Со стороны, не подлежащей облучению, радиопоглощающие материалы покрываются, как правило, радиоотражающими, в результате чего характеристики всей радиоэкранирующей конструкции во многом улучшаются. Критерием, характеризующим защитные свойства радиопоглощающего материала, выступает коэффициент отражения по мощности. Принцип поглощения электромагнитной энергии лежит в основе применения поглотителей мощности, используемых в качестве нагрузок на генераторы вместо открытых излучателей. Таким образом, обеспечивается защита пространства от проникновения в нее ЭМИ. Поглотители мощности - это отрезки коаксиальных или волноводных линий, частично заполненных поглощающими материалами. Энергия излучения поглощается в заполнителе, преобразуясь в тепловую. Заполнителями могут быть: чистый графит (или в смеси с цементом, песком, резиной, керамикой, порошковым железом), дерево, вода. [21]

Для покрытия пола применяются специальные электроизолирующие покрытия, примером которых может служить продукция фирмы Абрис. Применяются для экранирования электромагнитных полей радиочастотного диапазона, защиты от статического электричества, электрических полей промышленной частоты. Незаменим при решении задач электромагнитной совместимости технических средств, защиты средств и систем обработки информации, для исключения утечки информации по техническим каналам.

Объекты применения:

-предприятия электронной промышленности

-предприятия радиотехнической, приборостроительной промышленности

-предприятия медицинской промышленности

-вычислительные центры, серверные

-помещения для индивидуального использования: жилые (дома, квартиры) и офисные;

-медицинские учреждения и санатории;

-помещения, в которых требуется обеспечить защиту от статического электричества;

-помещения, подверженные влиянию электромагнитных полей;

-спортивные центры;

-помещения дежурных сил армии и других силовых структур, диспетчеров электростанций, аэропортов и т.п.

-лечебно - профилактические учреждения

Преимущества: экранирует электрические поля 50 Гц и электромагнитные излучения в широком диапазоне частот (от 10 кГц до десятков ГГц). В зависимости от толщины слоя, эффективность экранирования материала составляет до десятков дБ, обладает свойствами поглощения электромагнитных излучений, не накапливает статическое электричество, относится к категории непылящих и негорючих материалов, морозостоек, может использоваться в неотапливаемых помещениях; ремонтопригоден

2. Экранирующие ткани

В основе использования средств индивидуальной защиты от ЭМИ лежат принципы сквозного затухания. Экранирующие свойства тканей определяются удельным содержанием металлизированных нитей в основе и утке. Характер взаимного расположения нитей в виде решетки обусловливает способность ткани защищать от ЭМИ различных поляризаций. До настоящего времени у нас в стране было разработано два типа защитной ткани: с открытой и скрытой металлизацией.

Ткань первого типа изготовляется из хлопчатобумажных нитей, на которые накручивается металлическая фольга. Сплетенная из таких нитей ткань имеет металлический блеск. Хотя некоторые ткани имеют достаточные экранирующие свойства, они не нашли широкого применения, так как костюмы из них, с одной стороны, производят нежелательное психологическое воздействие на окружающих, с другой стороны - человек в этом костюме ощущает в электрических полях легкое покалывание током, вызывающее неприятные ощущения, увеличивается опасность электротравм.

Защитная ткань второго типа имеет скрытую металлизацию. В этом случае тонкая прочная микропроволока вплетается внутрь хлопчатобумажной нити. Изготовленная из таких нитей ткань не имеет недостатков, присущих ткани с открытой металлизацией, и по внешнему виду не отличается от обычной.

 

 

Индивидуальные средства защиты персонала

 

Индивидуальные средства защиты могут конструироваться по принципу тотальной (комбинезоны в комплекте со шлемами, масками, бахилами, перчатками) либо локальной защиты (очки, фартуки, шлемы, капюшоны и д.р.). Сам принцип использования СИЗ предусматривает их непродолжительное ношение, как правило, при аварийных ситуациях, испытаниях радиоизлучающих средств, выполнении ремонтных работ в зоне облучения при невозможности остановки аппаратуры, генерирующей ЭМИ. Поступаемые на снабжение СИЗ от ЭМИ далеки от совершенства и сами по себе нуждаются в дальнейшей разработке, в том числе поиске новых видов материалов для изготовления. Существующие СИЗ неудобны в эксплуатации (например, радиозащитный комбинезон весьма тяжел и неудобен, требует специального заземления).

1. Защитные очки

К индивидуальным средствам локальной защиты можно отнести шлем, маски, очки, которые применяются как отдельно, так и в комплексе с другими средствами индивидуальной защиты. Линзы очков изготавливают из специального стекла (например, покрытого двуокисью олова - ТУ 166-63), вырезанные в виде эллипсоидов с размером полукруга 25х17 мм и вставленные в оправу из пористой резины с вшитой в нее металлической сеткой.

Для изготовления защитного стекла можно использовать различные материалы. Это зависит от степени их оптической прозрачности и защитных свойств для определенных частот ЭМИ. Защитные свойства очков оцениваются по степени затухания применённого стекла

 

 

Рисунок 24 – Очки защитные ЗН11 «Panorama»

 

3. Защитные маски

 

Защитные маски изготавливаются из любого светопрозрачного материала с включением в него каких-либо радиоотражающих структур: напыление металлом, пленки из окислов металлов, покрытие из металлизированных сеток.

Форма и размер маски выбираются так, чтобы величина дифракционного затухания на уровне глаз была не менее затухания защитного материала. С целью обеспечения дыхания и теплообмена в защитной маске по ее периметру делают перфорационные отверстия. Для повышения затухания ЭМИ перфорационным материалом внутреннюю поверхность отверстий по всей толщине маски покрывают радиозащитным материалом.

4. Защитные шлемы, фартуки, куртки, бахилы

 

Чтобы обеспечить необходимую эффективность защиты, шлемы, фартуки, куртки, бахилы и другие элементы локальной защиты изготавливают с учетом всех требований сквозного, дифракционного затухания.

В практической деятельности необходимо иметь в виду, что защитные свойства материалов от ЭМИ и изделий из них - не одно и то же. Это связано с различными радиочастотными свойствами защитных изделий в целом, наличием мест стыков отдельных частей конструкций. Неизбежным является появление резонансных эффектов, свойственных различным неровностям на изделиях, размеры которых кратны длине волны действующего ЭМИ. Надо отметить, что если пренебречь данными эффектами, то сквозное затухание какого-либо материала всегда больше его сквозного затухания в конструкции

  

Рисунок 25 - Боты диэлектрические

 

5. Защитные костюмы

 

Индивидуальный экранирующий комплект ЭП-1 является уникальным средством защиты от вредного воздействия от электрических полей частотой 50 Гц, создаваемых ПС и ВЛ напряжением до 1150 кВ переменного тока, а так же основных поражающих факторов электромагнитной природы, обусловленных этими полями - токов смещения и емкостных токов, наведенного и шагового напряжения. Комплект предназначен для использования при работах выполняемых на потенциале земли, в том числе при ремонтных работах на отключенном и заземленном оборудовании, а также железобетонных, металлических и деревянных конструкциях в теплое время года.

Комплект ЭП-1 обеспечивает защиту:

• от воздействия электрического поля;
• от воздействия тока смещения, протекающего через тело человека, когда он находиться в электрическом поле;
• от воздействия импульсного тока (разрядом) при прикосновении к заземленным или изолированным предметам, частям оборудования, а также траве и мелкому кустарнику;
• от воздействия интенсивного электромагнитного излучения в широком диапазоне
• от возможной электротравмы при работе в зоне наведенного напряжения.

 

 

Рисунок 26 - Экранирующий комплект ЭП-1 [27]

 

  

Инструменты и приспособления для работы с ЭМИ

 

1. Щиты и настилы диэлектрические

Используются для изоляции полов на энергоустановках, в цехах и технических помещениях, везде где идёт работа с электроэнергией, щитовым оборудованием и так далее.

 

 

Рисунок 27 - Щит стеклопластиковый диэлектрический

 

2. Инструмент ручной изолирующий

                      

Ножницы с диэлектрическими рукоятками Устройство предназначено для обрезки веток и сучьев деревьев вблизи ВЛ 0,4 - 10 кВ, может использоваться для обрезки проводов без стального сердечника при демонтаже ВЛ 0,4 - 10 кВ а также для оперативного отключения потребителей 0,4 кВ в случае пожаров, аварий и т.п. Устройство представляет собой специальные ножницы с изготовленными из диэлектрического материала ручками. Ручки снабжены ограничительными кольцами.

 

Рисунок 28 - Ножницы с диэлектрическими рукоятками

 

3. Заземления переносные для распределительных устройств

Переносные заземления предназначены для защиты работающих на отключенных участках электросетей в случае ошибочной подачи напряжения на эти участки или появления на них наведенного напряжения  [19].  Изготавливаются с медным проводом как стандартного сечения (16мм², 25мм²), так и нестандартного (35мм², 50мм², 70мм², 95мм²).

 

  

Рисунок 29 - Заземление переносное для распределительных устройств ЗПП-15

 

 Защита от ЭМИ линии электропередачи

 

Среди коллективных мер защиты на первый план выступает ряд предварительных мероприятий, проводимых на этапах проектирования энергопередающих устройств. Это недопущение проведения жилой застройки в непосредственной близости от ЛЭП, где уровни интенсивности ЭП превышают предельно допустимые для населения, определение зон недопустимого пребывания населения, а также предупреждение их случайного попадания в эти зоны.

Основной принцип защиты здоровья населения от электромагнитного излучения ЛЭП состоит в установлении санитарно-защитных зон для линий электропередачи и снижении напряженности электрического излучения в жилых зданиях и в местах возможного продолжительного пребывания людей путем применения защитных экранов.

Границы санитарно-защитных зон для ЛЭП которых на действующих линиях определяются по критерию напряженности электрического излучения - 1 кВ/м.

В пределах санитарно-защитной зоны ЛЭП запрещается :

 -размещать жилые и общественные здания и сооружения;

- устраивать площадки для стоянки и остановки всех видов транспорта;

- размещать предприятия по обслуживанию автомобилей и склады нефти и нефтепродуктов;

- производить операции с горючим, выполнять ремонт машин и механизмов.

К размещению ЛЭП ультравысоких напряжений (750 и 1150 кВ) предъявляются дополнительные требования по условиям воздействия электрического поля на население. Так, ближайшее расстояние от оси проектируемых ЛЭП 750 и 1150 кВ до границ населенных пунктов должно быть, как правило, не менее 250 и 300 м соответственно.

Территории санитарно-защитных зон разрешается использовать как сельскохозяйственные угодья, однако рекомендуется выращивать на них культуры, не требующие ручного труда.

В случае, если на каких-то участках напряженность электрического излучения за пределами санитарно-защитной зоны окажется выше предельно допустимой 0,5 кВ/м внутри здания и выше 1 кВ/м на территории зоны жилой застройки (в местах возможного пребывания людей), должны быть приняты меры для снижения напряженности. Для этого на крыше здания с неметаллической кровлей размещается практически любая металлическая сетка, заземленная не менее чем в двух точках. В зданиях с металлической крышей достаточно заземлить кровлю не менее чем в двух точках.

На приусадебных участках или других местах пребывания людей напряженность поля промышленной частоты может быть снижена путем установления защитных экранов, например это железобетонные, металлические заборы, тросовые экраны, деревья или кустарники высотой не менее 2 м.

Распространенными коллективными средствами инженерно-технической защиты от действия ЭМИ ПЧ являются экранирующие навесы, козырьки .

Экранирующие навесы изготавливаются из параллельных проводников (диаметр 3-5 мм, расстояние между ними 20 см) и располагаются на высоте 2,5 м над пешеходными дорожками. При этом кратность защиты под серединой навеса достигает 17, у края - 5 . Экранирующие козырьки, используемые в качестве защиты, изготавливаются в виде сеток из такого же материала с размером ячеек 5 -10 см с кратностью защиты, равной 6 . Для прохода людей, проезда автомашин, сельскохозяйственной техники под высоковольтными линиями электропередач организуют приспособления, относящиеся к коллективным средствам защиты. В частности, к ним относятся сокращение расстояний между опорами, применение экранирующих тросов, навесов, натянутых на заземленных опорах. В ряде случаев на установках 400 и 500 кВ на расстоянии 4,5 м и 750 кВ на расстоянии 6 м до токоведущих частей устанавливаются экраны. Во всех случаях экранирующие устройства подлежат заземлению с величиной сопротивления заземляющего устройства 10 Ом.

 

 

2 Расчет аппаратов очистки пылегазовых выбросов и сточных вод

 

• Расчет пылевой камеры

 

Данные для расчета:

V=20000 м³/час

d=40*10^{-6 м}

w_r=1 м/с

ρ=2500 кг/м³

C_пыл=1,67 г/м³

μ=18,2*10^-6 Н*с/м²

η=0,89

Требуется определить размер пылевой камеры для осаждения частиц заданного размера. При этом принимается, что температура газа в камере составляет 20 ^оС и давление газа близко к атмосферному.

Сначала определяем скорость витания частиц w_вит. Для этого используется формула

                                                

где d – наименьший диаметр улавливаемых частиц, м; ρ – плотность пыли, кг/м³; g – ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с²; μ – динамическая вязкость газов, Н*с/м².

 

По формуле

                                                            

 

По известной горизонтальной скорости газа в камере w_г определяют площадь вертикального сечения пылевой камеры

                                                    

       Ширина и высота пылевой камеры обычно выбираются близкими по значению. В случае квадратного сечения а = b  и

 

а = b = (S_в)^0,5

а = b = (5,5)^0,5=   2,34 м

И, наконец, определяют длину пылевой камеры L, пользуясь уравнением

 

 

 

Определим концентрацию пыли на выходе из пылевой камеры:

Определим массу пыли за время работы пылевой камеры:

Таким образом, для очистки данного объема газа, необходима пылеосадительная камера следующих габаритов: длина 19,95 метров, ширина и высота 2,34 метра.

 

2.2 Расчет параметров циклона     

 

Данные для расчета:

V=22900 м³/час

d=14*10^{-6 м}

ρ=2600 кг/м³

n=3

w_г=20 м/с

μ=18.2*10^-6 Н*с/м²

 При расчете циклона определяются его геометрические размеры, при которых происходит улавливание пыли размером более 5 мкм.

Вначале определяем размеры входного патрубка и выходной трубы циклона исходя из того, что скорость газового потока на входе в циклон, т.е. скорость во входном патрубке должна находиться в пределах 20…25 м/с.

Тогда площадь сечения входного патрубка и выходной трубы определяются по формуле:

                               S =  V/ w                                                                                    

где V – расход газа через циклон, м3/с; S – площадь сечения входного патрубка и выходной трубы, м2; w – скорость газа на входе в циклон, м/с.

                            S=6.36 (м3/с)/20 м/с=0,318 м2

Входной патрубок в сечение представляет собой прямоугольник (квадрат) со стороной а, величина которой равна:

                                   a = S^0,5                                                    

                                   а=(0,318)^0.5=0,56 м

Выходная труба имеет радиус, равный

                                  R₁ = (S/π)^0,5                                              

                                  R₁=(0,318 м²/3,14)^0,5=0,318 м

После вычисления радиуса выходной трубы можно расcчитать радиус корпуса R₂, задавшись размерами улавливаемых частиц пыли d_min.

Размер корпуса вычисляется по формуле:

            

где μ – вязкость газа, 18,2*10^-6 Н*с/м²; R₂- радиус корпуса циклона, м; R₁- радиус выходной трубы, м; ρ – плотность пыли, кг/м³; n – число кругов (оборотов), которое совершает газовый поток в циклоне; w – скорость газа на входе в циклон, м/с.

Длина циклона выбирается из расчета D = 4 R₂, таким образом D=3.54 м

Так как радиус корпуса циклона R₂ больше 0,8м, то для очистки в данном случае необходимо использовать батарею циклонов, то есть несколько циклонов, включенных параллельно.

Рассчитаем радиус циклона для батареи из двух циклонов. Для этого уменьшим расход газа в 2 раза, то есть Q_r=6.36 (м³/с)/2=3.18 м³/с

 Рассчитаем площадь сечения входного патрубка и выходной трубы:

S=3.18 (м³/с)/20 (м/с)=0,159 м²

 

 Длина стороны входного патрубка составит:

 

а=(0,159)^0.5=0,225 м

Радиус входной трубы: R₁=(0,159 м²/3,14)^0,5=0,318 м

Радиус корпуса: R₂=0,586 м+0.225 м=0.811 м

Длина циклона выбирается из расчета D = 4 R₂, таким образом D=3.244 м

Так как радиус корпуса циклона R₂ больше 0,8м, то для очистки в данном случае необходимо использовать батарею не из двух, а из большего числа циклонов.  Рассчитаем радиусы корпусов в батарее из трех циклонов.

Рассчитаем радиус циклона для батареи из трех циклонов. Для этого уменьшим расход газа в 3 раза, то есть

Q_r=6,36 (м³/с)/3=2,12 м³/с

 Рассчитаем площадь сечения входного патрубка и выходной трубы:

S=2,12 (м³/с)/20 (м/с)=0,106 м²

 Длина стороны входного патрубка составит:

а=(0,106)^0.5=0,325 м

Радиус входной трубы: R₁=(0,106 м²/3,14)^0,5=0,1837 м

Радиус корпуса: R₂=0,586 м+0,1837=0,769 м

Длина циклона выбирается из расчета D = 4 R₂, таким образом D=3,076 м

Так как R₂<0,8, то для данного объема загрязненного воздуха необходима батарея из трех циклонов радиусом 0,769 метров и высотой 3,076 метра.

 

 

2.3 Расчет полого скруббера

 

Данные для расчета:

Q=21000 м³/час

υ_г=1,8 м/с

q_жидк=1,6

H/D=6

C_{вх пыл}=1,38 г/м³

η=0,71

       При расчете полого скруббера необходимо рассчитать его геометрические размеры, расход поглотительной жидкости, массу уловленной пыли.

       При заданном расходе газа можно рассчитать площадь сечения скруббера по известному уравнению

 

 

где S – площадь сечения скруббера, м²; Q_г – расход газа, м³/с; v – скорость сечения аппарата, м².

       Так как скруббер представляет собой цилиндрическую конструкцию, то ее диаметр равен

 

 

Высота скруббера определяется по соотношению

 

H = kD

где k = 3…5, следовательно к=6

       Расход поглотительной жидкости необходимо производить, исходя из ее расхода на 10000 м³ газа. Для вывода расчетной формулы необходимо воспользоваться пропорцией

      На 10000 м³ газа расходуется  объем жидкости q        

      На  Q_г   расходуется Q_ж.

       Откуда

 

где Q_ж – расход поглотительной жидкости, м³/с.

При поглощении пыли жидкостью образуется пульпа, то есть раствор, содержащий твердую фазу (суспензия). Отработанный раствор очищается фильтрованием, из него удаляется твердая фаза и он используется повторно.

       Масса уловленной пыли m рассчитывается по формуле

 

 

где C = концентрация пыли в исходном газе, г/м³; η – эффективность улавливания пыли скруббером.

       Тогда концентрация твердой фазы в пульпе будет равна

      

Масса уловленной пыли в течение рабочей смены (8 часов):

m(8 ч)=m*28800 c=163665,79 г=163,67 кг

 

Концентрация пыли на выходе скруббера равна:

С_вых=С_вх*η=1,38 г/м³*0,71=0,979 г/м³

Таким образом, для очистки данного объема газа необходим полый скруббер высотой 6 метров и диаметром 2,03 метра.

 

2.4 Расчет ионитного фильтра  

 

Данные для расчета:

h=1,8 м

D=1,8 м

N=500 Ммоль/кг

d=700 кг/м³

C=0,031 моль/л

w=0,1 м/мин

V_P=2*V_и

C=8%

       При расчете ионитного фильтра задаются объемом ионита, его обменной емкостью и площадью сечения фильтра. Рассчитываются объем очищенной воды, время работы фильтра до его регенерации, расход очищаемой воды через фильтр (производительность фильтра), изменение в составе очищаемой воды.

          Скорость фильтрования воды через ионитный фильтр выбирается 0,1…0,15 м/мин. Тогда производительность ионитного фильтра определяется по формуле

 

 

где Q – производительность ионитного фильтра, м³/мин; W – скорость прохождения сточных вод через ионитный фильтр, м/мин; S –площадь сечения фильтра, м²; D – диаметр ионитного фильтра, м.

       Объем очищенных сточных вод за один рабочий цикл (до регенерации) определяется по формуле

 

 

где V_св –объем очищенных сточных вод за один рабочий цикл, м³; q –адсорбционная (обменная) емкость ионита, ммоль/кг; V_и – объем ионита, м³; d – насыпная плотность ионита, кг/м³; C – эквивалентная концентрация ионов в сточных водах, моль/л; h – толщина (высота) слоя ионита, м.

          Время работы ионитного фильтра между регенерациями (время рабочего цикла) определяется по формуле

 

где t_раб – продолжительность рабочего цикла, час.

       При этом масса извлеченных из сточных вод загрязняющих ионов равна

                    

 

где m – масса извлеченных ионов, кг; M – молярная масса иона, г/моль;

n – заряд иона.

По окончании рабочего цикла необходимо производить регенерацию ионита. Объем регенерационного раствора составляет 2…3 объема ионита. При регенерации происходит замена извлеченных из сточных вод ионов на ионы регенерационного раствора, а извлеченные из сточных вод ионы с поверхности ионита переходят в регенерационный раствор.

Расход чистого химического реагента, пошедшего на одну регенерацию определяется по формуле

 

где m_R –масса реагента, кг; V_R – объем регенерационного раствора, м³; A – процентная концентрация реагента в регенерационном растворе; ρ –плотность регенерационного раствора, кг/м³.

После проведения регенерации ионитный слой промывается от регенерационного раствора. Для этого через фильтр сверху вниз подается чистая (промывочная вода) вода в количестве 3…4 объема ионита. При этом регенерационный раствор, содержащий извлеченные ионы поступает на дальнейшую переработку; из него могут быть извлечены загрязняющие ионы, которые в этом случае представляют уже ценное химическое сырье.

         Объем регенерационного раствора определяется по формуле

 

Объем промывочной воды после регенерации ионита составляет

 

Таким образом, для очистки данного объема сточных вод, необходим ионитный фильтр с высотой слоя загрузки ионита 1,8 метров и временем работы 48,77 часов.

  

 

Список литературы

 

1. Материалы серии Абрис для защиты от радиационных, электромагнитных и биологических воздействий / Т. А. Артамонова // Строительные материалы, 2009. - N 3. - С. 21-24.
2. Буренин, В. В. Фильтровальное оборудование для очистки сточных вод предприятий нефтегазового комплекса: (обзор патентной литературы) / В. В. Буренин // Химическое и нефтегазовое машиностроение 2009. - N 6. - С. 42-44.
3. Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты защиты гидросферы. Учебное пособие – Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2004. – с.: ил., библиогр.
4. Ветошкин А.Г. Теоретические основы защиты окружающей среды. Учебное пособие. – Пенза: Изд-во ПГАСА, 2002. – с.:ил.,библиогр.
5. Коузов П.А., Мальгин А.Д., Скрябин Г.М. Очистка от пыли газов и воздуха в химической промышленности. – Л.:Химия, 1982. – 256 с., ил.
6. Безопасность жизнедеятельности. Безопасность технологических процессов и производств (Охрана труда): Учеб. пособие для вузов / П.П. Кукин, В.Л. Лапин, Н.Л. Пономарев и др. — 2-е изд., испр. и доп. М.: Высш. шк., 2002. — 319 с.: ил. ISBN 5-06-004157-3
7. Пономарев, В. Г. Варианты технических решений систем очистки сточных вод / В. Г. Пономарев // Химическое и нефтегазовое машиностроение,
8. - N 6. - С. 35-36.
9. Батарейные гидроциклоны для установок химических производств и очистки оборотных и сточных вод / А. И. Пронин [и др. ] // Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2007. - N 12. - С. 3-6. - Библиогр.: с. 6 (4 назв. ).
10. Родионов А.И. Техника защиты окружающей среды. Учебник для вузов.2-е изд., перераб. и доп.-М.:Химия, 1989. – 512 с.: ил.
11. Техника защиты окружающей среды / А.И. Родионов, В.Н. Клушин, Н.С. Торочешников. Учебник для вузов. 2-е изд, перераб. и доп. – М.:Химия, 1989. – 512 с.: ил.
12. Ужов В.Н., Вальдерберг А.Ю. ,Мягков Б.И. Очистка промышленных газов от пыли. – М.: Химия, 1981. – 392 с., ил.
13. http://www.alfapol.ru/katalog-produkcii/specialnie-pokritiya-dlya-zaschiti-ot-elektro-magnitnih-poley-i-izlucheniy/2/
14. http://www.eco-potential.ru/catalog/
15. http://www.alest-bio.ru/peskootdeliteli/
16. http://www.aquaventure.ru/page_60_listovoj_f.html
17. http://www.aquitec.ru/katalog_produkcii/peskolovki
18. http://www.composyst.ru/filtration/filter-press/?pg=fp2
19. http://www.ecopolymer.com
20. http://www.energoform.ru/radiosvjaz-i-aehronavigacija.html
21. http://www.filters.ru/index.php?id=262
22. http://grachev.distudy.ru/
23. http://www.kns-service.ru/otstojnik.html
24. http://konsar.ru/product/uvp-st-k-fri/
25. http://rois.pro/catalog/98-hydrotech
26. http://www.vodtech.ru/catalog.php?id=20
27. http://www.water.ru
28. http://www.сэз.net/page3/

Скачать: kursovoy-proekt-posled.-var.rar