0
ALEKSANDRO STULGINSKIO UNIVERSITETAS Žemės ūkio inžinerijos fakultetas Profesinės saugos ir inžinerijos vadybos katedra Jūratė Nadzeikienė Aplinkos apsaugos inžinerija Mokomoji knyga AKADEMIJA 2012 1
UDK 62-784.3:504.6 (075.8) Jūratė Nadzeikienė Aplinkos apsaugos inžinerija Mokomoji knyga Recenzavo: doc. dr. Ričardas Butkus, Aleksandro Stulginskio universitetas doc. dr. Eglė Jotautienė, Aleksandro Stulginskio universitetas Aprobuota: Aleksandro Stulginskio universiteto Profesinės saugos ir inžinerijos vadybos katedroje 2011-12-07, protokolo Nr. 803-303 Aleksandro Stulginskio universiteto Žemės ūkio inžinerijos fakulteto tarybos metodinėje komisijoje 2011-12-22, protokolo Nr. 81 Aleksandro Stulginskio universiteto metodinėje komisijoje 2012-01-18, protokolo Nr. 49 Viršelį kūrė Danguolė Raudonienė Kalbą redagavo Laima Jonikienė Leidinio išleidimas paremtas projekto Lietuvos žemės ūkio universiteto pirmosios studijų pakopos programų atnaujinimas (projekto kodas Nr. VP1-2.2-ŠMM-07-K-01-092), finansavimo ir administravimo sutarties Nr. VP1-2.2-ŠMM-07-K-01-092 lėšomis. ISBN 978-609-449-017-0 Jūratė Nadzeikienė, 2012 Aleksandro Stulginskio universitetas, 2012 2
PRATARMĖ Lietuva, kaip ir visos Europos Sąjungos šalys, pripažįstančios ir besivadovaujančios 150 šalių atstovų 1992 metais pasirašyta Rio de Žaneiro deklaracija dėl aplinkos apsaugos ir plėtros, stengiasi įgyvendinti subalansuotos plėtros siekius. Viena iš subalansuotos plėtros įgyvendinimo priemonių yra visuomenės aplinkosauginis švietimas, kečiantis žmonių požiūrį į aplinkos apsaugos klausimus, būsimųjų žemės ūkio, inžinerijos specialistų žinių, gebėjimų ir atsakomybės ugdymas sveikos aplinkos išsaugojimo klausimais. Siekiant studijų kokybės atnaujinamos studijų programos, stiprinamas studijų metodinis aprūpinimas. Mokomoji knyga,,aplinkos apsaugos inžinerija paruošta pagal Aleksandro Stulginskio universiteto pirmosios studijų pakopos atnaujinimo projektą (kodas Nr. VPI-2.2-ŠMM-07-K-01-092). Jos paskirtis yra suteikti žinių apie inžinerines priemones ir jų panaudojimą, sprendžiant aplinkos apsaugos klausimus agrariniame sektoriuje. Mokomosios knygos įvade aptariama aplinkosaugos istorinė raida, šiuolaikinės aplinkos apsaugos problemos. Pirmajame skyriuje glaustai aprašoma gamtos ir aplinkos apsaugos bei jos taršos samprata, antrajame skyriuje plačiau analizuojami atmosferos apsaugos klausimai, susiję su žemės ūkio gamybos technologijų: deginamo kuro, karvidžių, metalų suvirinimo, medienos apdirbimo, akumuliatorių priežiūros ir remonto, kalvystės darbų keliama tarša, apžvelgiami būdingi mechaninių ir dujinių teršalų iš oro valymo būdai, įrenginiai ir aparatai. Trečiajame skyriuje pateikiamos pagrindinės žinios apie vandens išteklius, jų naudojimą, taršą bei nuotekų valymo būdus ir įrenginius. Ketvirtajame skyriuje pateikiamos glaustos žinios apie dirvožemį, jo taršą ir apsaugos būdus bei technologijas. Atliekų tvarkymo, aplinkosaugos vadybos ir kiti aplinkosaugos klausimai leidinyje neanalizuojami dėl knygos ribotos apimties ir šių klausimų pateikimo kituose minėto projekto leidiniuose. Mokomoji knyga skirta Aleksandro Stulginskio universiteto pirmosios studijų pakopos Bendrosios agroinžinerijos studijų programos studentams dalyko Aplinkosaugos inžinerija studijoms, tačiau ja gali naudotis ir Universiteto kitų studijų programų bei kitų aukštųjų mokyklų studentai. Knygos autorė dėkoja projekto rėmėjams už finansinę paramą, recenzentams doc. dr. Ričardui Butkui, doc. dr. Eglei Jotautienei, kolegoms už pareikštas pastabas, dalykiškus patarimus, knygos redaktorei, dizainerei ir leidėjams. Pastabas ir pasiūlymus autorė prašo siųsti adresu: Jūratė Nadzeikienė, Profesinės saugos ir inžinerijos vadybos katedra, Studentų g. 15b, LT-53362 Akademija, Kauno raj., tel. (8-37) 75 23 76, el. paštas: jurate.nadzeikiene@asu.lt 3
TURINYS ĮVADAS... 5 1. APLINKOS APSAUGOS APIBŪDINIMAS... 7 1.1. Aplinkos apsaugos samprata... 7 1.2. Aplinkos tarša, taršos šaltiniai ir teršalai... 8 2. ATMOSFEROS APSAUGA... 11 2.1. Deginamo kuro sukeliama aplinkos oro tarša... 11 2.2. Mašinų, turinčių vidaus degimų variklius, sukeliama aplinkos oro tarša... 15 2.3. Teršalų susidarymas žemės ūkio gamybos procesuose... 16 2.4. Mechaninių teršalų valymas iš oro... 22 2.4.1. Kietųjų dalelių, dulkių ir aerozolių charakteristika... 22 2.4.2. Oro apsauga nuo kietųjų dalelių (dulkių)... 26 2.4.3. Dulkių (kietųjų dalelių) gaudytuvai... 27 2.4.4. Šlapieji dulkių valymo iš dujų (oro) metodai ir aparatai... 34 2.5. Cheminių teršalų valymas iš oro... 42 2.5.1. Absorbcinis dujų valymas... 42 2.5.2. Adsorbcinis dujų valymas... 46 2.5.3. Terminis dujinių teršalų nukenksminimas... 48 2.6. Biologinis dujų nukenksminimas... 52 3. HIDROSFEROS APSAUGA... 54 3.1. Vandens ištekliai, savybės ir reikšmė... 54 3.2. Vandenų klasifikacija ir tarša... 56 3.3. Vandens naudojimo mažinimas technologiniuose procesuose... 58 3.4. Geriamojo vandens kokybės gerinimas... 60 3.5. Nuotekų valymas... 63 3.5.1. Nuotekų apibūdinimas... 63 3.5.2. Nuotekų šalinimo ir valymo būdai... 67 3.5.3. Mechaninis nuotekų valymas... 71 3.5.4. Biologinis nuotekų valymas pusiau gamtinėmis sąlygomis... 79 3.5.5. Biologinių nuotekų valymas dirbtinėmis sąlygomis... 87 4. DIRVOŽEMIO APSAUGA... 91 4.1. Dirvožemio ištekliai, sudėtis ir reikšmė... 91 4.2. Dirvožemio savybės... 93 4.3. Dirvožemio tarša, žalojimas, naikinimas ir degradacija... 95 4.4. Dirvožemio erozija... 99 4.5. Dirvožemio apsaugos nuo erozijos priemonės... 103 4.6. Pažeistų žemių rekultivacija... 109 4.7. Užteršto dirvožemio valymas... 110 INFORMACIJOS ŠALTINIŲ SĄRAŠAS... 114 4
ĮVADAS Po Antrojo pasaulinio karo ir šiame šimtmetyje labai padidėjo prieštaravimai tarp žmonijos materialinių poreikių ir biosferos. Intensyvėjant gamtos išteklių naudojimui, augant pramonei, energetikai, transportui, žemės ūkiui ir kitoms ūkio šakoms, gamta vis labiau niokojama, teršiamos žmonių gyvenamoji, poilsio ir darbo aplinkos. Šiuolaikinis mokslas, technika ir technologijos stengiasi patenkinti didėjančius žmonijos poreikius, tačiau tuo pačiu kelia kritinę situaciją tarp gamtos ir žmogaus. Žmogus supranta galimas šios situacijos liūdnas pasekmes, ieško būdų ir priemonių jai normalizuoti. 1945 m. spalio 25 d. įkurtoji Jungtinių Tautų Organizacija (JTO) 1945 m. lapkričio 16 d. įsteigė UNESCO (Jungtinių Tautų Organizacijos švietimo, mokslo ir kultūros organizaciją), kurios būstinė nuo 1958 m. lapkričio 3 d. yra Paryžiuje. UNESCO iniciatyva 18 vyriausybių, 7 tarptautinės organizacijos ir 107 nacionalinės gamtosaugos organizacijos 1948 m/ spalio 15 d. Steigiamąjį aktą dėl IUCN (International Union for Conservation Nature and Natural Resources) įkūrimo, kuri rūpinasi gamtos biologine įvairove, klimato kaita, tvariąja energija, žaliąja ekonomika, žmogaus gerove. 1968 m. buvo sukurtas Romos klubas tarptautinė savarankiška organizacija, kurios veikla atspindėjo didelį susirūpinimą aplinkos būkle ir civilizacijos plėtros perspektyva. Anksčiau ir dabar plėtojama daug tarptautinių programų, kuriose pateikiami aplinkos apsaugos pagrindiniai principai. 1972 m. vasarą Stokholme įvyko JTO konferencija (žinoma kaip Stokholmo konferencija) dėl žmogaus aplinkos. Joje buvo nagrinėjamas aplinkos poveikis žmonijos sveikatingumui, sukurta Aplinkos valdymo taryba. 1987 m. Monrealyje pasirašytas protokolas Dėl ozono sluoksnį ardančių medžiagų naudojimo sumažinimo. 1991 m. buvo pasirašyta Verslo chartija harmoningai plėtrai (ICC), kurioje fiksuojama 16 aplinkosaugos vadybos principų. 1992 m. Rio de Žaneire įvyko Jungtinių Tautų (JT) aplinkos apsaugos ir plėtros konferencija (Žemės pasitarimas). Joje daugiau kaip 150 valstybių atstovų (tarp jų ir Lietuvos) pasirašė deklaraciją dėl aplinkos ir plėtros bei Darbotvarkę XXI amžiui tarptautinę strategiją siekiant subalansuotos plėtros. Subalansuota plėtra ilgalaikė, nuolatinė visuomenės plėtra, siekiant tenkinti žmonijos poreikius dabar ir ateityje, racionaliai naudojant bei papildant gamtos išteklius, išsaugant Žemę ateities kartoms. 1997 m. pasirašytas Kioto protokolas dėl šiltnamio efektą sukeliančių dujų naudojimo. 2002 m. įvykusiame Žemės viršūnių susitikime buvo pasirašyta Johanesburgo deklaracija dėl subalansuotos plėtros veiksmų plano įgyvendinimo. 2009 m. įvyko Jungtinių Tautų klimato kaitos konferencija, visuotinai žinoma kaip Kopenhagos viršūnių susitikimas, siekiant sukurti veiksmingą pasaulinę anglies dvideginio rinką. 5
Aplinkos apsaugos klausimai aktualūs ir mūsų Valstybėje. Lietuvos Respublikos Konstitucijos 53 str. įtvirtina bendrą Valstybės ir kiekvieno asmens pareigą saugoti aplinką nuo kenksmingų poveikių, o 54 str. numato pagrindines šios pareigos realizavimo kryptis. Konstitucijoje pabrėžiama, kad Valstybė rūpinasi natūralios gamtinės aplinkos, gyvūnijos ir augalijos, atskirų gamtos, ypač vertingų vietinių objektų apsauga, prižiūri, kad saikingai būtų naudojami, atkuriami ir gausinami gamtos ištekliai. Lietuvoje žmogaus ir gamtos santykiai pradėti reguliuoti karaliaus Kazimiero 1468 metų teisyne nustatyta bebrų gaudymo tvarka. Pirmajame Lietuvos Statute (1529 m.) yra straipsnių, reguliuojančių laukinių žvėrių medžioklę, draudžiančių svetimuose vandenyse gaudyti žuvis. XVI a. pradėta rūpintis miškų apsauga. Tarpukario Lietuvoje įstatymų aktai reguliavo medžioklę ir žūklę. 1921 m. Juozo Tumo-Vaižganto iniciatyva buvo įsteigta Lietuvai pagražinti draugija. Kiek vėliau susikūrė visuomeninė Gamtos mylėtojų draugija. Pokario metais aplinkos apsaugos klausimus sprendė Valstybinis gamtos apsaugos komitetas, o rajonuose Valstybinės gamtos apsaugos inspekcijos, Gamtos apsaugos komisijos. Šiuo metu pagrindinis rūpestis gamtos ir aplinkos apsauga yra pavestas Lietuvos aplinkos ministerijai, aplinkos apsaugos rajoniniams departamentams, Aplinkos ministerijos pavaldžioms institucijoms ir tarnyboms. Ūkinius subjektus ir gyventojus rūpintis aplinkos apsauga įpareigoja Lietuvos Respublikos aplinkos apsaugos, aplinkos oro apsaugos, aplinkos monitoringo ir kiti įstatymai bei norminiai aktai. Apsaugoti aplinką vien teisiniais, norminiais aktais, vadybinėmis priemonėmis ir visuomenės tinkamu dėmesiu aplinkai neįmanoma. Be šių priemonių, svarbiausią reikšmę turi ekonominės investicijos ir inžinerinės priemonės. Pastarąsias priemones projektuoja, įgyvendina ir naudoja aplinkos apsaugos specialistai bei įmonių vadovai. Šie asmenys kompetenciją aplinkos apsaugos klausimais įgyja studijuodami aplinkos apsaugos, aplinkos apsaugos inžinerijos ir kitus gamtosauginius bei techninius dalykus. Aplinkos apsaugos inžinerija yra techninių priemonių sistema, skirta aplinkos kokybei užtikrinti. Sprendžiant aplinkos apsaugos inžinerinius klausimus agrariniame sektoriuje pasigendama metodinės mokomosios literatūros, todėl šios mokomosios knygos tikslas suteikti studijuojantiems žinių apie aplinkos taršą, jos poveikį aplinkai ir žmonėms, apie aplinkos apsaugos būdus ir inžinerines priemones bei ugdyti gebėjimą parinkti techninius sprendimus aplinkosaugos srityje. 6
1. APLINKOS APSAUGOS APIBŪDINIMAS 1.1. Aplinkos apsaugos samprata Žmogus sąvoką aplinka suvokia įvairiai, nes ji yra plati ir daugialypė. Žmogų supa gamtinė, gyvenamoji, darbo, socialinė ir kitos aplinkos. Žmogus sąveikauja su biosfera, technosfera, noosfera. UNESCO aplinką apibrėžia dvejopai. Siaurąja prasme aplinka suprantama kaip erdvė, kurioje žmogus gyvena, dirba ir ilsisi, o plačiąja prasme kaip žmogaus egzistavimo sfera, susidedanti iš gamtos, antropogeninių (žmogaus sukurtų) objektų ir visuomenės. Pagal UNESCO priimtą apibrėžimą aplinka tai pasaulio dalis, kurią žmogus naudoja, joje veikia ir prie kurios prisitaiko. Ją sudaro įvairiai sąveikaujantys gyvosios ir negyvosios gamtos elementai, jų įvairovė. Pagal Lietuvos Respublikos aplinkos apsaugos įstatymą (LR AAĮ, 2010) aplinka apibrėžiama kaip gamtoje funkcionuojanti tarpusavyje susijusių elementų (žemės paviršiaus ir gelmių, oro, vandens, dirvožemio, augalų, gyvūnų, organinių ir neorganinių medžiagų, antropogeninių komponentų) visuma bei juos vienijančios natūraliosios ir antropogeninės sistemos. Žmogus, būdamas gyvosios gamtos subjektu, aplinką dažnai suvokia kaip biosferą, technosferą ir noosferą. Biosfera Žemės rutulio paviršiaus dalis, kurioje gyvena organizmai, ekosistemų visuma. Tai dirvos (litosferos), vandens (hidrosferos) ir oro (atmosferos) sluoksniai, kuriuose egzistuoja gyvybė. Technosfera žmogaus veiklos iš pagrindų paveikta (įrengiant techninius ar technologinius objektus) biosferos dalis. Noosfera Žemės planetos ir ją supančios erdvės dalis, kurioje reiškiasi žmogaus veikla. Lietuvos Respublikos aplinkos apsaugos įstatymas aplinkos apsaugą charakterizuoja kaip aplinkos saugojimą nuo fizinio, cheminio, biologinio bei kitokio neigiamo poveikio, atsirandančio naudojant gamtos išteklius. Plačiąja prasme aplinkos apsauga tai visuomenės ir valstybės priemonių, užtikrinančių harmoningą visuomenės ir aplinkos sąveikos raidą, visuma. Aplinkos apsaugos prasmė yra platesnė, nei gamtos apsaugos, nes ji apima ne tik ekologines, gamtos turtų tausojimo problemas, bet ir visus tuos aplinkos klausimus, kurių spendimas dabar, tuo labiau ateityje, garantuoja žmogui normalią egzistenciją, komfortišką būtį ir materialinę bei dvasinę visuomenės raidą. Gamtos apsauga priemonių sistema sąveikai tarp žmogaus veiklos ir gamtinės aplinkos palaikyti. Ji padeda racionaliai naudoti ir atkurti gamtinius išteklius, saugoti gamtą ir žmonių sveikatą nuo kenksmingų tiesioginio ar netiesioginio ūkinės veiklos poveikio padarinių. Gamtos apsauga apsiriboja žmogaus ir gamtinės aplinkos santykių organizavimu, bet nesprendžia klausimų, susijusių su antropogenizuotos gamtinės aplinkos poveikio žmogaus vystymuisi pasekmėmis. Aplinkos apsaugos inžinerija (AAI) yra aplinkos apsaugos mokslo šaka, analizuojanti technologines, 7
technines, urbanistines ir organizacines priemones aplinkos apsaugai užtikrinti. AAI yra glaudžiai susijusi su inžinerine ekologija, ekologine teise, vadyba ir kitais gamtosauginiais mokslais. 1.2. Aplinkos tarša, taršos šaltiniai ir teršalai Aplinkos tarša apibrėžiama įvairiai. Aplinkos tarša žmonių veiklos sukeliamas medžiagų, virpesių, šilumos arba triukšmo tiesioginis arba netiesioginis išmetimas į orą, vandenį ar žemę, kas gali kenkti žmogaus sveikatai arba aplinkai, daryti žalą materialiniam turtui arba kenkti arba sudaryti nepatogumus ir daryti kitokią neigiamą įtaką įteisintam naudojimuisi aplinka (TIPK TAISYKLĖS, 2009). Lietuvos Respublikos vandens įstatymo pakeitimo ir papildymo įstatyme (LR VANDENS ĮSTATYMAS, 2009) nurodoma, kad tarša tai žmogaus veiklos tiesioginis ar netiesioginis medžiagų ar energijos išleidimas į vandenį ar žemę, galintis turėti žalingą poveikį žmonių sveikatai ar ekosistemoms, dėl ko gali būti padaryta žala materialiniam turtui ir aplinkai. Taigi, aplinkos teršimas suprantamas kaip cheminiai, fiziniai ir biologiniai aplinkos ar atskirų jos komponentų pokyčiai, kurie neigiamai veikia žmogų ir kitus gyvus organizmus bei fizinius aplinkos komponentus. Aplinkos tarša (1.1 pav.) gali būti natūrali (gamtinė), antropogeninė, globalinė, regioninė, lokalinė, atmosferos, hidrosferos, dirvožemio, ūkinės veiklos. APLINKOS TARŠA GAMTINĖ Vulkanų išsiveržimai, miškų gaisrai, smėlio audros, augalų dulkės, druskų garavimas ir kt. Pagal aprėptį GLOBALINĖ Apima visą Žemės rutulį, gali keisti klimatą REGIONINĖ Teršalų migracija didelėse teritorijose, pvz., Černobylio, Fukušimos AE avarijos ANTROPOGENINĖ Žmogaus veikos transportas, energetika, pramonė, žemės ūkis, komunalinis ūkis, statybos ir kt. Pagal biosferos dalis ATMOSFEROS HIDROSFEROS DIRVOŽEMIO LOKALINĖ Kelios ar viena įmonė, užteršiančios miesto ar kitas teritorijas 1.1 pav. Pagrindinės aplinkos taršos rūšys 8
Triukšmo lygis, didesnis už foninį Sklindantys biosferoje mechaniniai virpesiai Pakitusios elektromagnetinės aplinkos savybės Pakitusi aplinkos temperatūra Sumažėjęs arba akinantis apšvietimas Didesnė už natūralų foną radiacija Teritorijoje daugėja teršalų Daugėja patogeninių ir naikinančių mikroorganizmų Aplinkos teršimą sąlygoja teršalų išmetimas, kuris Europos Parlamento ir Tarybos Direktyvoje 2008/1/EC (DIRECTIVE 2008/1/EC) apibrėžiamas kaip medžiagų, virpesių, šilumos arba triukšmo tiesioginis arba netiesioginis išleidimas iš įrenginio pavienių arba paskleistų šaltinių į orą, vandenį ar dirvą. Aplinka gali būti teršiama mechaniniais, cheminiais, fizikiniais, biologiniais ir vizualiniais būdais (1.2 pav.). Teršimas tik mechaninį poveikį aplinkai darančiais veiksniais Nusistovėjusių aplinkos cheminių savybių pakitimas Nepatrauklūs objektai ir jų deriniai kraštovaizdyje I. MECHANINIS II. CHEMINIS V. VIZUALINIS III. FIZIKINIS IV. BIOLOGINIS Triukšmas Vibracija Elektromagnetinės bangos Šiluma Šviesa Jonizuojančioji spiduliuotė Biotinis Mikrobiologinis 1.2 pav. Aplinkos teršimo būdai (ŠEŠELGIS K., 1991) Aplinkos taršos šaltinius galima skirstyti į gamtinius (natūraliuosius) ir antropogeninius (žmogaus veiklos). Gamtiniai šaltiniai gali būti išskirstytieji (pvz., kosminių dulkių iškritimas), trumpalaikiai (gaisrai, ugnikalnių išsiveržimai), ilgalaikiai (ultravioletinė, infraraudonoji Saulės spinduliuotė). Antropogeniniai taršos šaltiniai yra labai įvairūs. Pagrindiniais jų laikomi transportas, pramonė, energetika ir kiti. Transporto taršos šaltiniai išskiria apie 60 64 % (UHEREK E. et al., 2010; EYRING V. et al., 2010), energetika 11 %, pramonė 27 % teršalų (BALTRĖNAS P. ir kt., 2008). Įvairios medžiagos, veiksniai ar objektai teršalais tampa tada, kai jų tam tikras kiekis aplinkoje sutrikdo energijos ir / ar medžiagų apykaitą tarp biotinės ir abiotinės aplinkos dalių ir kai gyviesiems organizmams kenksmingų medžiagų kiekis viršija aplinkos pajėgumą jas absorbuoti, sunaudoti ir / ar nukenksminti. 9
Teršalai gali būti klasifikuojami pagal įvairius kriterijus: kilmę, būvį, prigimtį, stabilumą, poveikį gyviems organizmams, gebėjimą migruoti ir kauptis aplinkoje, vartojimo paskirtį, šaltinį ir t. t. Pagal kilmę teršalai klasifikuojami analogiškai teršimo būdams, t. y. juos teršalus galima suskirstyti į: natūraliuosius (gamtinius), dirbtinius, o pagal prigimtį į cheminius, biologinius, fizikinius, vizualinius. Natūralieji teršalai tai dulkės, gaisrų ir ugnikalnių kietosios dalelės ir dujos, iš vandenynų išgaravusios druskos, žiedadulkės, vėjo pustomas dirvožemis ar kopų smėlis ir kt. Dirbtiniams teršalams priskiriamos cheminės medžiagos, gamybinės, žemės ūkio ir komunalinės atliekos, degimo produktai, užterštos nuotekos, jų dumblas ir kt. Cheminiai teršalai dažniausiai skirstomi į tokias stambias grupes: anglies, azoto ir sieros oksidai, kietosios dalelės dulkės, sunkieji metalai, aromatiniai angliavandeniliai, halogeninti angliavandeniliai, biogeninės medžiagos, naftos produktai, greitai yrančios organinės medžiagos, patvarūs organiniai junginiai, oksiduojančios medžiagos (ozonas ir kt.). Biologiniai teršalai dažniausiai susidaro agrariniame sektoriuje. Jiems priskirtini organinės kilmės dulkės bei atliekos, augalų kenkėjai, graužikai, kraujasiurbiai vabzdžiai, mikroorganizmai ir kt. Fizikiniams teršalams priskiriama perteklinė šiluma, triukšmas, vibracija, ultravioletinė spinduliuotė, akinanti šviesa, radioaktyvioji spinduliuotė ir kt. Atskira teršalų grupe išskiriami vadinamieji vizualiniai teršalai tai nepatrauklūs objektai ir jų deriniai kraštovaizdyje. Pagal agregatinį būvį teršalai būna: kietieji, skystieji, dujiniai, o pagal struktūrą: dujos, aerozoliai (dulkės, dūmai, rūkas), dalelės. Priklausomai nuo gamybos įvairovės į aplinką išskiriami skirtingi teršalai. Pavyzdžiui, mineralinių trąšų gamybos metu į aplinką patenka žaliavų dulkės, SO 2, NO x, NH 3, HF, HCl, neorganinių rūgščių aerozoliai, neorganinių atliekų dulkės; galvanikos procesų metu metalų druskų, rūgščių ir šarmų aerozoliai, lakūs organiniai junginiai; medžio ir metalo gaminių lakavimo, dažymo, klijavimo procesų metu lakūs ir nelakūs organiniai junginiai, pigmentų aerozoliai; gyvulininkystės objektai aplinką teršia kvapiosiomis medžiagomis, organinėmis dulkėmis, anglies dvideginiu, amoniaku, metanu ir kt.; traktorių, mašinų junginiai anglies, azoto oksidais, nesudegusiais angliavandeniliais, sukelia triukšmą, vibracijas, dulkes ir kt. Teršalai turi neigiamą poveikį biosferai (atmosferai, hidrosferai, litosferai), gyvajai gamtai (žmonėms, gyvūnams. augalams) ir materialinėms vertybėms. 10
2. ATMOSFEROS APSAUGA Žemės ūkio gamybos technologiniai procesai ir kaimo komunalinis ūkis aplinkos orą teršia mechaniniais, fizikiniais, cheminiais, biologiniais ir mišriais teršalais. Atmosfera kaimiškosiose vietovėse, kaip ir mieste, teršiama aerozoliais (dulkės, dūmai, rūkas), anglies junginiais (CO 2, CO, CH 4 ), sieros junginiais (SO 2, H 2 S), azoto junginiais (NO, NO 2, NO x ), žiedadulkėmis, mikroorganizmais ir kt. teršalais. Antropogeninę taršą kaimiškosiose gyvenvietėse kelia deginamas kuras, transporto priemonių ar suvirinamų metalų deginiai, soduose, šiltnamiuose bei javų laukuose išpurškiami ar išbarstomi agrochemikalai, fermose ir tvartuose pašarų dulkės, sieros vandenilis, amoniakas ir kt. Pavasarį ir vasarą, kai įdirbamos dirvos, pjaunami javai, atmosferos orą labiausiai teršia mobiliųjų mašinų deginiai, dulkės, o žiemą kūrenamų krosnių išmetamos dujos ir kietosios dalelės. 2.1. Deginamo kuro sukeliama aplinkos oro tarša Kaimo gyventojai buityje ar ruošdami gyvuliams pašarus sudegina nemažai kuro medienos, durpių, akmens anglių, mazuto, suskystintųjų dujų, šiaudų, degančių atliekų ir kitokio kuro. Degant kurui susidaro pelenai, anglies, sieros, azoto, vanadžio oksidų ir kitokios dujos. Apskaičiuojant sanitarinių apsaugos zonų pločius, parenkant oro valymo įrenginius būtina žinoti susidarančių teršalų kiekius. Lakiųjų pelenų (kietųjų dalelių) apskaičiavimas. Išmetamų lakiųjų pelenų kiekis (g/s), deginant kurą katilinėse ir krosnyse, apskaičiuojamas pagal formulę (ТИЩЕНКО Н. Ф., 1991; DENAFAS G., 2000 a): M = 10 B A χ(1 η) g/s, (2.1) čia M p išmetamų lakiųjų pelenų kiekis g/s; B s sekundinis kuro sunaudojimas kilogramais kg/s (arba m 3 /s dujiniam kurui); A n kuro naudojamosios masės peleningumas % (2.1 lentelė); χ koeficientas, apibūdinantis degiųjų medžiagų kiekį šlake ir jų dalį lakiuosiuose pelenuose (2.2 lentelė); η lakiųjų pelenų gaudytuvų gaudymo laipsnis (nustatomas pagal gaudytuvų eksploatacines ar technines charakteristikas: kai yra valymo įrenginiai, η=0,97, kai deginamo kuro pelenai negaudomi, η=0). Kai kuro sąnaudos skaičiuojant imamos t/m arba g/s, tai formulė (2.1) bus tokio pavidalo: Tuomet M p kiekis bus išreikštas atitinkamai t/m arba g/s. 11 n M B A 1 t/m arba g/s. (2.2) p s
2.1 lentelė. Kai kurių kietojo ir skystojo kuro rūšių sudėtis ir energetinė vertė (DENAFAS G., 2000 a) Kuro rūšis Sudėtis % pagal masę Q ri C H S O N A W kj/kg Antracitas 76,4 1,5 1,7 1,3 0,8 13,3 5 27200 Akmens anglis 62,4 3,8 3,6 4,3 1,1 18,8 6 25000 Rusvoji anglis 29,1 2,2 2,9 8,7 0,6 23,5 33 10600 Skalūnai 23,6 3,0 1,6 3,7 0,1 54,5 13,5 9800 Durpės 30,9 3,2 0,2 17,8 1,3 6,6 40 10800 Mediena 30,3 3,6 25,1 0,4 0,6 40 10100 Orimulsija 60,0 7,5 2,7 0,2 0,5 0,25 30,0 25500 Mazutas: sieringas mažai sieringas 83,4 10,0 2,9 0,2 0,2 0,3 3 38500 85,4 10,2 0,5 0,4 0,2 0,3 3 39000 Čia: A peleningumas, W drėgnis, Q ri energetinė vertė, C, H, S, O, N cheminiai elementai. 2.2 lentelė. Dydžių χ, q 3 ir q 4 reikšmės priklausomai nuo pakuros tipo ir kuro rūšies (DENAFAS G., 2000 a) Pakuros tipas Kuro rūšis χ, q 3 q 4 Nejudančios grotelės, rankinis Rusvoji ir akmens anglis 0,0023 0,5 6/3 kuro tiekimas Antracitas 0,0030 0,5 13,5/10 Nejudančios grotelės, pneumatinis Rusvoji ir akmens anglis 0,0026 0,5 6/3 kuro tiekimas Antracitas 0,0088 0,5 13,5/10 Judančios grotelės Antracitas 0,0020 0,5 13,5/10 Akmens anglis 0,0035 0,5 5,5/3 Šachtinė pakura Kietasis kuras 0,0019 2 2 Malkos 0,0050 3 3 Buitinių šilumos agregatų Rusvoji anglis 0,0011 3 3 sluoksninės pakuros Akmens anglis 0,0011 3 3 Antracitas 0,0011 3 3 Kamerinės pakuros: garo ir vandens šildymo katilai, buitinės šilumos generatoriai Mazutas 0,010 0,03 0,5 Dujos 0,01 0,5 Gamtinės dujos 0,01 0,5 Krosninis kuras 0,010 0,03 0,5 Anglies viendeginio (CO) kiekio apskaičiavimas. Anglies viendeginio, pavojingo žmonių gyvybei, kiekis apskaičiuojamas pagal formulę (ŠVENČIANAS P., 1994): q 4 M CO CCO Bs 1 g/s, (2.3) 100 čia M CO anglies viendeginio kiekis dūmuose g/s; C CO anglies viendeginio kiekis, susidarantis deginant kietąjį, skystąjį ar dujinį kurą kg/t, kg/tūkst. m 3 ; B s kuro sunaudojimas kg/s, m 3 /s; q 4 šilumos nuostoliai dėl kuro nevisiško mechaninio sudegimo %, priklausantys nuo pakuros tipo ir kuro rūšies (2.1 lentelė). Parametras C CO apskaičiuojamas pagal formulę: 12
C CO n q3 R Qž kg/t (arba kg/tūkst. m 3 ), (2.4) 1013 čia q 3 šilumos nuostoliai dėl kuro nevisiško cheminio sudegimo % (šis dydis kiekvienam kūryklos tipui priklauso nuo kuro tiekimo ir maišymosi su oru pobūdžio (2.2 lentelė); R koeficientas, įvertinantis šilumos nuostolius dėl CO dujų buvimo dūmuose. Kietajam gabaliniam kurui R=1, dulkių pavidalo kietajam ir skystajam kurui 0,65, dujoms 0,5; n Q ž kuro naudojamosios masės žemutinė degimo šiluma kj/kg, kj/m 3. Kai kuro sąnaudos būna išreikštos t/m arba g/s, (2.1) formulė bus tokio pavidalo: q 4 M CO 0,001C COBs 1 t/m; g/s. (2.5) 100 Sieros dvideginio apskaičiavimas. Sieros junginių daugiausia yra iškastiniame kure. Deginant tokį kurą susidaro sieros dioksidas, kurio kiekis apskaičiuojamas pagal formulę (ŠVENČIANAS P., 1994; DENAFAS G., 2000 a): M SO ' " 1 n B 1 2 s S SO2 g/s, (2.6) 20 SO čia M SO sieros dvideginio kiekis g/s; 2 B s kuro sąnaudos kg/s; S n sieros kiekis kuro naudojamojoje masėje % (2.2 lentelė); ' SO 2 sieros oksidų dalis, susijungianti su lakiaisiais pelenais katilo dūmuose. Šis 2 koeficientas priklauso nuo kuro rūšies ir jį galima priimti: akmens angliai 0,10; durpėms 0,15; skalūnams 0,80; mazutui 0,02; dujoms 0; " SO 2 kietųjų dalelių sulaikymo įrenginiuose sulaikoma SO 2 dalis. Sausi pelenų gaudytuvai (ciklonai, elektros filtrai), taip pat neutraliu vandeniu drėkinami " " skruberiai SO 2 praktiškai nesulaiko ir SO 2 = 0. Naudojant šarmingą vandenį SO 2 = 0,02 0,05. Kai yra valymo įrenginiai, priimama, kad " SO 2 = 0,97. Kai kuro sąnaudos išreikštos t/m arba g/s, tai (2.6) formulė turės pavidalą: M CO ' " 1 n,02b S 1 2 SO2 t/m; g/s. (2.7) 0 SO Azoto oksidų apskaičiavimas. Azoto oksidai deginant kurą susidaro esant aukštai temperatūrai. Iš pradžių susidaro azoto monoksidas NO, o esant pakankamai deguonies, jis virsta NO 2, kurio kiekis apskaičiuojamas pagal formulę (ТИЩЕНКО Н. Ф., 1991): 2 13
čia M NO2 n M,001 B Q K 1 t/m; g/s; tūkst. m 3 /m; m 3 /s, (2.8) 0 ž 2 NO2 NO azoto dioksido kiekis t/m, g/s, tūkst. m 3 /m, m 3 /s; B kuro sąnaudos t/m, g/s, tūkst.m 3 /m, m 3 /s; n Q ž kuro naudojamosios masės žemutinė degimo šiluma MJ/kg, kj/m 3 (2.1 lentelė); K NO 2 parametras, apibūdinantis susidarančių azoto oksidų kiekį tenkantį 1 GJ šilumos; β koeficientas, įvertinantis azoto oksidų susidarymo sumažėjimą dėl panaudotų techninių parametrų. Jei kuro sąnaudos imamos kg/s, formulė (2.8) yra modifikuota: n M B Q K 1 g/s. (2.9) NO Parametras K NO2 2 NO 2 pagal formulę (DENAFAS G., 2000 a): K 2, 5Q 84 ž, priklausantis nuo krosnies ar katilo galingumo, apskaičiuojamas f NO, (2.10) 2 Qn čia Q f vidutinis katilo (krosnies) našumas GJ/h; Q n nominalusis katilo (krosnies) našumas GJ/h. Deginant skystą ar dujinį kurą koeficientas β = 1,0, kai oro pertekliaus koeficientas α > 1,05; β = 0,9, kai α = (1,03 1,05); β = 0,75, kai α < 1,03. Deginant kietąjį kurą, β apskaičiuojamas pagal formules (DENAFAS G., 2000, I): β = 0,178+0,47N d, kai α 1,25; (2.11) β = (0,178+0,47)N d α/1,25, kai α 1,25. (2.12) čia N d azoto kiekis % kuro degiojoje masėje (2.1 lentelė); α oro pertekliaus koeficientas. Vanadžio pentoksido apskaičiavimas. Deginant mazutą, orimulsiją, jų pelenuose būna sunkiųjų metalų vanadžio oksidų (V 2 O 5 ), kurie labai padidina žalą aplinkai. V 2 O 5 kiekis apskaičiuojamas pagal formulę (DENAFAS G., 2000 a): čia M V 2 O5 M V O 2 5 6 10 BGV 2O5 1 1 vanadžio pentoksido kiekis dūmuose t/m, g/s; B kuro sąnaudos t/m, g/s; G V 2 O 5 n s t/m, g/s, (2.13) vanadžio oksidų kiekis skystajame kure, perskaičiavus į V 2 O 5 g/t; η n vanadžio oksidų nusėdimo ant katilo šildomųjų paviršių koeficientas. Jei šildomieji paviršiai valomi katilą sustabdžius, koeficientas η n = 0,06, o kitais atvejais η n = 0; 14
η s suodžių dalis, sugaunama valymo įrenginiuose. Šis dydis pasirenkamas iš eksploatavimo duomenų. Nesant valymo įrenginių η s = 0. Kai kuro sąnaudos būna kg/s, tai formulė (2.13) turi tokį pavidalą: M V O 2 5 3 10 BGV 2O5 1 1 n s g/s. (2.14) Vanadžio oksidų, perskaičiuotų į V 2 O 5, kiekis apskaičiuojamas priklausomai nuo kuro sieringumo: n G 95,4S 31,6 g/t, (2.15) V 2O 5 čia S sieros kiekis kure, % (2.1 lentelė). 2.2. Mašinų, turinčių vidaus degimų variklius, sukeliama aplinkos oro tarša Kaimo gyvenvietėse ir laukuose važinėja ir dirba nemažai transporto priemonių, traktorių ir kitų mobiliųjų bei stacionariųjų mašinų, turinčių vidaus degimo variklius. Mobiliųjų mašinų varikliai, degindami skystąjį ar dujinį kurą, skleidžia į aplinką nuodingus (toksiškus) ir nenuodingus deginius. Degalai susideda iš įvairių angliavandenilių (C m H n ), kuriems visiškai sudegus susidaro visiško degimo produktai: anglies dioksidas (CO 2 ), vandens (H 2 O) garai ir išsiskiria šiluma (Q) (2.1 pav.). Kai degalai sudega nevisiškai trūkstant deguonies, deginiuose dar būna anglies viendeginio (CO), nesudegusių angliavandenilių (C m H n ), aldehidų (RCHO), suodžių ir benzpireno (C 20 H 12 ). CO; C m H n ; RCHO; C 20 H 12 Nevisiško degimo produktai C m H n + O 2 CO 2 + H 2 O + Q Visiško degimo produktai Priemaišos, priedai N 2 NO x ; SO x ; Pb Papildomi degimo produktai 2.1 pav. Degalų degimo schema ir jų pagrindiniai deginiai (pagal JUČAS P., 2001) Kaip natūralių priemaišų, degaluose būna sieros (pagal EN 590:2004 dyzeline jos gali būti ne daugiau kaip 0,05 % masės). Anksčiau antidetonacinės benzino savybės būdavo gerinamos švino (Pb) junginių priedais, kurie dabar ES keičiami nekenksmingais oksigenatais, tačiau atvežtiniame benzine švino junginių pėdsakų dar gali pasitaikyti. Kartu su deguonimi į variklio cilindrą įsiurbimo metu patenka ir pagrindinis oro komponentas azotas (N 2 ). Ekologiniu požiūriu visi deginių komponentai, išskyrus H 2 O ir Q, yra kenksmingi arba nuodingi. Deginant benziną ir dyzeliną išsiskiria skirtingas nuodingų medžiagų kiekis: sudeginus 1 kg benzino išsiskiria apie 500 g nuodingų medžiagų, o dyzeliną apie 50 g. Nors 15
dyzeliniai varikliai, lyginant su Otto varikliais, išskiria apie 10 kartų mažiau nuodingų medžiagų, tačiau jų deginiai turi 5 kartus daugiau suodžių, kuriuose yra ne tik anglies, bet, be vandenilio ir deguonies, dar sudėtingų aromatinių angliavandenilių, tarp jų kancerogeniško C 20 H 12. Mobiliųjų ir stacionariųjų mašinų, turinčių vidaus degimo variklius, išmetamų deginių kiekį galima apskaičiuoti remiantis šiuo metu Lietuvoje naudojama Teršiančių medžiagų vertinimo metodika (TERŠIANČIŲ MEDŽIAGŲ VERTINIMO METODIKA, 1998). 2.3. Teršalų susidarymas žemės ūkio gamybos procesuose Žemės ūkio gamyboje susidaro įvairių teršalų. Gyvulininkystės darbuotojai patiria gyvulių ir laikomo mėšlo išskiriamų dujų kvapus, mašinų remontininkai suvirinamo metalo dujas ir purslus (dulkes), pastatų remontininkai apdirbamos medienos dulkes, dažų, lakiųjų organinių junginių kvapus, mobiliųjų mašinų operatoriai šilumos perteklių kabinose karštomis vasaros dienomis. Toliau aprašomas kai kurių teršalų apskaičiavimas minėtuose darbuose. Karvidėje susidarančių dujinių teršalų kiekio iš karvių ir mėšlo apskaičiavimas. Karvidėje susidarančių dujinių teršalų kiekį galima apskaičiuoti pagal jų lyginamųjų verčių apskaičiavimo metodiką (МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВЫДЕЛЕНИЙ..., 1999). Karvidėje susidarantis dujinių teršalų bendrasis kiekis 16 i M b priklauso nuo laikomų galvijų skaičiaus, jų fiziologinių procesų, mėšlo tvarkymo ir jo laikymo būdo. Jis apskaičiuojamas pagal formulę: čia M i b M M g/s, (2.16) i g i m i M g i-ųjų teršalų, kuriuos generuoja laikomi galvijai, kiekis g/s; i M m teršalų kiekis, kuris garuoja iš laikomo ir tvarkomo mėšlo g/s. Bendrasis teršalų kiekis i M b, susidarantis per vieną sekundę, dažnai vadinamas susidarančių (išsiskiriančių) teršalų galia. Galvijų generuojama visų teršalų galia apskaičiuojama pagal formulę: arba per metus i i M M, g/s. (2.17) g n 1 n Kiekvieno teršalo (i-ojo, pvz., NH 3 ) galia apskaičiuojama pagal formules: M i n i Y N q g/s, (2.18) n i i M K Y N q g/m, (2.19) n n
čia i teršalų sąlyginis pažymėjimas; n sąlyginis galvijų grupės numeris (pvz., melžiamos karvės, veršeliai, penimi galvijai ir kt.); i Y n atskiros galvijų grupės lyginamasis i-ojo teršalo kiekis. Jis parenkamas priklausomai nuo mėšlo šalinimo iš tvarto periodiškumo; N galvijų skaičius grupėje; q vidutinė galvijų grupės vieno galvijo masė centneriais. Sandauga N q gali būti pakeista visų galvijų mase; K koeficientas dėl g/s perskaičiavimo į t/m, K= 31,5. Maksimali vienkartinė galia (g/s) apskaičiuojama analogiškai, tačiau šiuo atveju imami duomenys, turintys maksimalias vertes. Teršalų kiekis dėl tvarkomo ir laikomo mėšlo apskaičiuojamas atskirai kiekvienam metų laikotarpiui (periodui) taip: i M m M j j 1 i j g/periodui. (2.20) Teršalų galia M M i j i j i M j apskaičiuojama taip: i Y N q g/s, (2.21) j i K C Y N q g/m, (2.22) p j čia j metų periodas (šiltasis Š, pereinamasis P, šaltasis Ž); kiekio; K koeficientas dėl g/s perskaičiavimo į t/m, К= 31,5; C p parų skaičius skaičiuojamame metų periode; i Y j lyginamasis i-tojo teršalo kiekis, priklausantis nuo metų laikotarpio ir galvijų N galvijų kiekis vnt.; q vidutinė galvijo masė centneriais. Metalų suvirinimo darbų tarša. Priklausomai nuo suvirinimo būdo, elektrodų ir fliusų suvirinimo dūmuose ir dujose būna chromo, nikelio, arseno, mangano silicio, berilio, kadmio vanadžio, volframo, aliuminio, titano, cinko, vario, azoto oksidų, fosgeno, akroleino, fluoro junginių, anglies monoksido, ozono ir kitų teršalų. Suvirinimo teršalus sudaro suvirinamo metalo ir elektrodų metalų dalelės, glaistų ir dažų, kuriais gali būti padengtas suvirinamasis metalas ar elektrodas, dalelės, naudojamų suvirinimo metu medžiagos. Dujinio suvirinimo metu, kai į degiklį tiekiamos suslėgtos degiosios dujos, į atmosferos orą gali patekti acetileno, vandenilio, propano ir kitų dujų. 17
Susidarančių suvirinimo metu teršalų kiekį priimta apskaičiuoti pagal lyginamuosius teršalų kiekius, tenkančius 1 kg sunaudotų suvirinimo medžiagų (elektrodų, vielos), pagal suvirinimo siūlės arba pjaustomo metalo ilgį (g/m) ir kt. Daugelyje Europos Sąjungos šalių maksimali leistina suvirinimo dūmų koncentracija suvirinant mažaanglį plieną sumažėjo nuo 5 iki 3,5 mg/m 3. Teršalų kiekis gali būti apskaičiuojamas pagal formulę (СОСТАВ И РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ..., 2010): M di = m ldi N a k (1 - η) kg, (2.23) čia M di - suvirinimo dūmų i-tojo teršalo masė kg; m ldi i-ojo teršalo lyginamoji masė (kiekis) kg; N a skaičiuojamasis parametras (sunaudota elektrodų masė, suvirinimo siūlės ilgis, perpjauto metalo ilgis); k koeficientas, įvertinantis gamybinio proceso ypatumus; η valymo įrenginių efektyvumas. Nesant valymo įrenginių η = 0. Daugiausia teršalų išsiskiria virinant metalus rankiniu būdu. Teršalų lyginamoji masė yra labai įvairi. Laikoma, kad, suvirinant plieną sunaudojus 1 kg elektrodų, susidaro apie 40 g dulkių, 2 g fluoro vandenilių, 1,5 g anglies ir azoto oksidų, o suvirinant ketų iki 45 g dulkių ir 1,9 g fluoro vandenilių (СОСТАВ И РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ..., 2010). Suvirinant metalus automatizuotu arba pusiau automatizuotu būdais, susidaro 1,5 2 kartus teršalų mažiau, o suvirinant po fliusais 4 6 kartus mažiau. Medienos apdirbimo keliama oro tarša. Apdirbant medieną mechaniniu būdu susidaro dulkančios pjuvenos, drožlės, šlifavimo dulkės, o dažant, lakuojant, klijuojant, džiovinant lukštą (šponą) išsiskiria formaldehidų, fenolio, amoniako, aromatinių angliavandenilių, eterio spirito garai. Pjuvenų, drožlių ir šlifavimo dulkių susidarantis kiekis gali būti apskaičiuojamas pagal formulę (ТИЩЕНКО Н.Ф., 1991): G = G o k d kg/h, (2.24) čia G dulkančių atliekų kiekis kg/h; G o vidutinis atliekų susidarantis kiekis, priklausantis nuo medienos apdirbimo įrenginio, kg/h (2.3 lentelė); k d koeficientas, įvertinantis mažesnių kaip 200 μm dalelių kiekį dulkėse. Dulkių (dalelių) kiekis, patenkantis į pneumotransporto (medžiagų gabenimas vamzdžiais oro srautu) ar aspiracijos (vietinės vėdinimo sistemos, šalinančios dulkėtą orą) sistemas apskaičiuojamas pagal formulę (ТИЩЕНКО Н. Ф., 1991): G a = G o k d k vn kg/h, (2.25) 18
čia G a dulkių kiekis patenkantis į pneumotransporto ar aspiracinę sistemas kg/h; k vn koeficientas, įvertinantis dulkių nusiurbimo vietinį efektyvumą, priklausantį nuo siurbiamo oro kiekio, siurbtuvų išdėstymo vietos ir kt. Šio koeficiento vertė skaičiuojant dažnai priimama 0,9 dydžio. 2.3 lentelė. Mechaniniu būdu apdirbamos medienos atliekų kiekis (pagal ТИЩЕНКО Н. Ф., 1991) Staklės Staklių Atliekų vidutinis Vidutinis dulkių mažesnių kaip 200 μm kiekis markė kiekis % kg/h kg/h Apskritiminės pjovimo C6-2 29,7 36 10,69 Universaliosios apskritiminio pjovimo UP 21,0 30 6,30 Obliavimo su rankine pastūma SF-3 33,0 25 8,25 Obliavimo su mechanine pastūma SF-4 97,0 25 24,25 Frezavimo FL,FLA, 24,0 20 4,80 FSŠ-1 Frezavimo FA-1 44,0 20 8,80 Išilginio pjovimo ŠO-10 4,6 16 0,74 Juostinės pjovimo LO-80 29,0 34 9,86 Gręžimo 2N, 125L 26,0 21 5,46 Šlifavimo ŠlPS-5P 2,8 100 2,80 Šlifavimo diskinės ŠlDB-4 12 67 8,04 Dulkių kiekis, patenkantis į atmosferą, apskaičiuojamas pagal formulę: G at = G o k d k vn (1 k dg ) kg/h, (2.26) čia k dg koeficientas, įvertinantis dulkių sugavimą valymo įrenginyje (pvz., ciklono, skruberio ir kt.). Akumuliatorių baterijų priežiūros ir remonto keliama tarša. Ūkininkai, eksploatuodami mobiliąją techniką, kartais turi įkrauti akumuliatorių baterijas, o kai kurie ūkininkai jas ir remontuoja. Įkraunant akumuliatorių baterijas išsiskiria iš rūgštinių akumuliatorių sieros rūgšties, o iš šarminių natrio hidroksido dujos. Išsiskiriančių iš akumuliatorių, juos įkraunant, sieros rūgšties arba natrio hidroksidų dujų kiekį galima apskaičiuoti pagal formules (АККУМУЛЯТОРНЫЕ РАБОТЫ, 2009): čia 9 Q a Q a... Q a A M 0,9 q t/m, (2.27) i 1 1 2 2 n n 10 A M i išsiskiriančių teršalų kiekis per metus t/m; q lyginamasis sieros rūgšties arba natrio hidroksido dujų talpumas. Sieros rūgšties q = 1 mg/ah, o natrio hidroksido q = 0,8 mg/ah; Q 1 n nominalinis kiekvienos akumuliatorių baterijų rūšies talpumas ampervalandomis (Ah); a 1 n akumuliatorių baterijų įkrovimų kiekis vnt. 19
Apskaičiuojant vienkartinį maksimalų teršalų išsiskyrimą įkraunant akumuliatorių baterijas, kai naudojamas maksimalus įkrovimo režimas, apskaičiuojamas pirmiausia išsiskiriantis teršalų kiekis per parą: čia ' 9 n 10 M A p 0,9 q Q t/parą, (2.28) A M p teršalų kiekis t/parą; Q nominalusis didelių akumuliatorių talpumas Ah; n maksimalus paminėtų akumuliatorių, kurie įkraunami vienu metu, kiekis vnt. Išsiskiriantis vienkartinis maksimalus sieros rūgšties ar natrio hidroksido dujų kiekis apskaičiuojamas pagal formulę: čia M A v A M p 10 6 g/s, (2.29) 3600 m A M v vienkartinis maksimalus teršalų išsiskyrimas g/s; m akumuliatorių įkrovimo ciklo trukmė h. Priimama m = 10 h. Surenkant po remonto akumuliatorių baterijas naudojama bituminė mastika, kurią kaitinant išsiskiria tepalo aeorozolis. Liejant švininius gnybtus ir plokštelių grupių jungtis išsiskiria švino garai. Tepalo aerozolio ir švino garų išsiskiriantis metinis kiekis apskaičiuojamas pagal formulę: čia tš M m S n 10 6 i i t/m, (2.30) tš M i metinis tepalo aerozolio arba švino garų kiekis t/m; m i lyginamasis i-ojo teršalo išsiskyrimas, tenkantis lydimo tiglio veidrodinio paviršiaus vienetui g/s m 2 (2.4 lentelė); n tiglio įkaitinimo kartai; S tiglio, kuriame kaitinamas švinas ar bituminė mastika, veidrodinio paviršiaus plotas m 2 ; τ išlydyto švino (bituminės mastikos) buvimo laikas tiglyje s. 2.4 lentelė. Lyginamieji teršalų išsiskyrimo parametrai, tenkantys kaitinimo tiglio veidrodiniam paviršiui, remontuojant akumuliatorių baterijas, g/s m 2 (АККУМУЛЯТОРНЫЕ РАБОТЫ, 2009) Technologinio proceso pavadinimas Gnybtų ir plokštelių grupių jungčių remontas Bituminės mastikos paruošimas akumuliatorių remontui Išsiskiriančių teršalų Naudojamo Temperatūra C medžiagos lyginamasis pavadinimas kiekis, g/(s m 2 ) Švino lydalas 300 500 Švino garai 0,0013 Mastikos lydalas 100 150 Mineralinis (naftos tepalo aerozolis) 0,003 20
Išsiskiriantis vienkartinis maksimalus švino garų ir tepalo aerozolio kiekis apskaičiuojamas pagal formulę: čia M tš v m S g/s, (2.31) i tš M v išsiskiriantis vienkartinis švino garų ir tepalo aerozolio kiekis g/s. Kalvystės darbų keliama oro tarša. Kaitinant žaizdre ruošinius ar detales išsiskiria anglies monoksidas, sieros dioksidas, azoto oksidai, vanadžio mazuto pelenuose oksidai, kietosios dalelės (suodžiai). Grūdinant ar atleidžiant ruošinius tepalo voniose išsiskiria mineralinio tepalo garai. Maksimalus vienkartinis skirtingų teršalų išmetimas gali būti apskaičiuojamas pagal formules (КУЗНЕЧНЫЕ РАБОТЫ, 2009): čia / / n n M ' 10 6 M / 3600 n g/s, (2.32) kd kd M ' 10 6 M / 3600 n g/s, (2.33) CO CO ' 6 M SO 10 M 2 SO2 3600 g/s, (2.34) ' 6 M NO 10 M 2 NO2 3600 g/s, (2.35) M maksimalus vienkartinis kietųjų dalelių (pelenų), CO, SO 2, NO 2 išmetimas g/s; ' kd M kd, M CO, SO2 M M NO2 metinis teršalų kiekis t/m; τ žaizdro darbo trukmė per dieną h; n žaizdro darbo dienų skaičius per metus vnt. Išmetamų teršalų bendrasis kiekis per metus apskaičiuojamas pagal 2.1 2.8 formules. Azoto oksidų išmetamas bendrasis kiekis gali būti apskaičiuojamas paprasčiau: M NO čia M NO azoto oksido kiekis t/m; 2 3 10 q3 m t/m, (2.36) 2 q 3 lyginamasis azoto oksidų išsiskiriantis kiekis kg/t arba kg/(tūkst. m 3 ) (2.5 lentelė). 2.5 lentelė. Azoto oksidų išsiskirimo lyginamosios vertės deginant kurą Kuro pavadinimas Lyginamosios vertės Lyginamosios vertės kg/t, kg/(tūkst. m 3 Kuro pavadinimas ) kg/t, kg/(tūkst. m 3 ) Akmens anglis: Mazutas: Donecko 2,21 Mažai sieringas 2,57 Karagandos 1,87 Didelio sieringumo 2,46 Kuznecko 2,23 Gamtinės dujos 2,15 Grūdinant arba atleidžiant ruošinius bendras teršalų kiekis nustatomas pagal formulę: M r 10 6 g m t/m, (2.37) čia M r bendrasis teršalų kiekis per metus t/m; r r g r lyginamasis išsiskiriančių teršalų kiekis g/kg (2.6 lentelė); m r apdirbamo ruošinio masė per metus kg/m. 21
2.6 lentelė. Išsiskiriančių teršalų lyginamieji kiekiai termiškai apdirbant metalus Technologinė operacija Naudojama medžiaga Išsiskiriančio teršalo pavadinimas lyginamasis kiekis g/kg Dalių grūdinimas tepalo vonioje Mineraliniai tepalai Naftos mineralinis tepalas 0,10 Detalės atleidimas tepalo vonioje Mineraliniai tepalai Naftos mineralinis tepalas 0,08 Maksimalus vienkartinis išsiskiriančių teršalų kiekis apskaičiuojamas pagal formulę: s M r grb / 3600 g/s, (2.38) čia b grūdinamų ar atleidžiamų ruošinių (detalių) masė kg; τ tikrasis sugaištamas laikas apdirbant detales per darbo dieną h. Tikrasis laikas tai laikas, kai iš grūdinimo-atleidimo vonios išsiskiria garai ir aerozoliai, t. y. laikas nuo detalės panardinimo į vonią iki jos ataušimo, kai iš vonios nustoja išsiskirti garai. 2.4. Mechaninių teršalų valymas iš oro 2.4.1. Kietųjų dalelių, dulkių ir aerozolių charakteristika Kietosios dalelės tai smulkūs kietieji kūnai, kurių energetinė būsena pasižymi patvaria forma, atsparumu mechaniniam poveikiui ir kitomis savybėmis. Kietosios dalelės skirstomos į pirmines, kurios tiesiog išmetamos į orą (dirvožemio, vieškelių, ventiliacinių sistemų dulkės), ir antrinės, kurios susidaro atmosferoje iš dujų, tokių kaip sieros dioksidas, azoto oksidai, amoniakas. Kietosios dalelės būna įvairios: labai smulkios nuo 0,01 iki 5 μm (tabako dūmai, dažų pigmentai, suodžiai); smulkios nuo 5 iki 10 μm (atmosferos dulkės, jūros druskų dalelės); vidutinės nuo 10 iki 20 μm (portlandcementas, lakieji pelenai); stambios nuo 20 iki 40 μm (formavimo žemės metalo liejiniams); labai stambios didesnės kaip 40 μm (kopų smėlis, trąšos); biologinės kilmės nuo 0,001 iki 0,01 μm (virusai, bakterijos, žiedadulkės, sporos); dalelės, susiformavusios atmosferoje cheminių reakcijų metu nuo 0,001 iki 100 μm (sieros, suodžių junginiai). Nemažai kietųjų dalelių susidaro kaimo buityje, kūrenant krosnis ne tik iškastiniu kuru, bet ir malkomis. Kietųjų dalelių kiekis, sudegus medienai, būna nuo 0,3 % iki 5 % (BALTRĖNAS P. ir kt., 2007). Tarp kietųjų dalelių svarbią vietą užima dulkės. Dulkėmis vadinamos kietosios nuo 1 iki 150 μm dydžio dalelės, susidarančios įdirbant dirvas, smulkinant, sijojant, gabenant biriąsias medžiagas, šlifuojant, poliruojant metalus, pjaustant medieną ir pan. Didžiausia dulkių koncentracija laukuose būna pavasarį ir vasaros pradžioje, kai akėjamos dirvos, kultivuojami pasėliai, sėjamos grūdinės kultūros ar žolės (2.2 pav.). Daugiausia dulkių susidaro iš 1 5 μm mineralinių dalelių. Dulkių koncentracija dirbant traktoriui pasiekia 1400 mg/m 3, o traktoriui važiuojant pavėjui, ji gali siekti 3000 mg/m 3. Daug dulkių susidaro lentpjūvėse, stalių dirbtuvėse, grūdų 22
malūnuose, pjaunant kombainais javus, valant sandėliuose grūdus, kalkinant dirvas ir kt. Lietuvos higienos normoje HN 23:2011 nurodoma, kad darbo vietoje ilgalaikio poveikio ribinis įkvepiamų dulkių koncentracijos dydis turi neviršyti 10 mg/m 3, o gyvenamojoje aplinkoje neorganinių dulkių, turinčių 20 70 % silicio dioksido, didžiausia leidžiama vienkartinė koncentracija pagal HN 35:2007 reikalavimus turi neviršyti 0,3 mg/m 3. 2.2 pav. Oro užterštumo dulkėmis priklausomybė nuo ratinio traktoriaus atliekamų darbų. 1 rudenį suartos dirvos akėjimas (lėkščiavimas); 2 grūdinių kultūrų sėja; 3 pavasarinis arimas; 4 akėjimas; 5 kukurūzų sėja; 6 žolių sėja; 7 pašarinių kultūrų pirmasis kultivavimas; 8 ir 10 transporto darbai; 9 pašarinių kultūrų antrasis kultivavimas; 11 ūkiniai vidaus darbai; 12 javapjūtė ir šiaudų tvarkymas; 13 kukurūzų nuėmimas silosui; 14 rudeninis arimas (pagal (МИХАЙЛОВ М. В., ГУСЕВА С. В., 1997) Pagal susidarymo būdą jos klasifikuojamos į dezintegracines ir kondensacines. Dezintegracinės dulkės susidaro medžiagas malant, gręžiant ar kitaip smulkinant, o kondensacinės iš metalų, metaloidų arba jų junginių garų, kurie aušdami virsta kietosiomis dalelėmis. Jos daug mažesnės už dezintegracines. Dezintegracinės dulkės yra netaisyklingos formos, nuolaužų pavidalo, o kondensacinės purūs agregatai, susidedantys iš taisyklingų kristalų arba rutulio formos. Pagal kilmę dulkės skirstomos į organines (augalų, gyvulių, polimerų), neorganines (mineralų, metalų) ir mišrias (susidaro šlifuojant metalus, valant liejinius). Žemės ūkio gamybinėje bei gyvenamojoje aplinkoje yra ir kiti mechaniniai teršalai aerozoliai. Aerozoliai dispersinės sistemos, susidedančios iš dujų (oro) ir jose plūduriuojančių kietųjų arba skystųjų dalelių. Aerozoliai skirstomi į rūkus ir dūmus. Rūką sudaro dujinėje aplinkoje (ore) disperguoti skysčio lašeliai, kuriuose gali būti ištirpusių cheminių medžiagų arba suspenduotų kietųjų dalelių. Dalelių dydis būna nuo 0,1 iki 10 μm (DENAFAS G., 2000 b). Dūmai aerodispersinės sistemos, kurias sudaro mažos 23
sedimentacijos (nusėdimo) greičio kietosios dalelės. Dalelių dydis, aprašomas literatūroje, įvairus nuo 0,001 iki 10 μm. Dūmams priskiriami ir kuro deginimo produktai, užteršti suodžiais. Kietosios dalelės (dulkės) malūnuose, stalių dirbtuvėse, lentpjūvėse, pašarų ruošimo, trąšų ar pesticidų sandėliuose ir kituose žemės ūkio gamybos dulkėtuose padaliniuose gali sukelti gaisrus ar sprogimus. Kelio, dirvos dulkės ir rūkas sumažina mobiliųjų mašinų operatorių matomumą. Kietųjų dalelių pavojingumas priklauso nuo jų fizinių-cheminių ir technologinių procesų ypatumų. Jiems priklauso: dalelių dispersiškumas, jų drėgnis, koncentracija, sudėtis, forma, užsidegimo temperatūra ir kitos savybės. Dulkių sprogimo pavojus būna tuo didesnis, kuo dalelės yra smulkesnės. Smulkių dalelių bendrasis paviršius yra didesnis, jis efektyviau oksiduojasi, reikalinga mažesnė dulkiųoro mišinio uždegimo energija bei savaiminio užsiliepsnojimo temperatūra. Aplinkos temperatūra t s, kuriai esant gali įvykti savaiminis užsidegimas, gali būti apskaičiuojama pagal T. Monachovo (КОРОЛЬЧЕНКО А. Я.,1986) pasiūlytas formules: lgt s = A p + n p lgs C, (2.39) čia t s savaiminio užsidegimo temperatūra C; A p, n p koeficientai, įvertinantys dalelių savybes; S lyginamasis dalelės paviršiaus plotas m -1. Koeficientai A p ir n p apskaičiuojami pagal formules: A p = lg t sį, n t 24 (2.40) r p 0,457 lg, (2.41) t sį čia t sį savaiminio įkaitimo temperatūra C; t r rusenimo temperatūra C; Dalelės paviršiaus lyginamasis plotas S gali būti apskaičiuojamas pagal formules: F S m -1, (2.42) V 1 1 1 S 2 m -1, (2.43) x y z čia F kietosios dalelės paviršiaus plotas m 2 ; V kietosios dalelės tūris m 3 ; x, y, z dalelės išmatavimai koordinačių x, y, z kryptimi (pvz., stačiakampiui gretasieniui: x ilgis, y plotis, z aukštis; cilindrui: x=y=d cil, z aukštis; rutuliui: x=y=d rut ir t. t). Sprogimo sukeltas maksimalus slėgis (P) ir jo plitimo greitis (dp/dτ), mažėjant dalelių dydžiui, didėja (2.3 pav.). Smulkios organinės dulkės sudega kaip dujos. Organinių aerozolių
forma praktiškai neturi įtakos sprogimo pavojui, nes organinės dalelės sudega esant dujinei fazei. Metalo dalelių forma tam turi esminę įtaką, nes degimo reakcija vyksta dalelių paviršiuje. Pavyzdžiui, sprogus magnio aerozoliui, turinčiam sferines daleles, sprogimo slėgis pasiekia 5,7 kpa, o plokščias 7,2 kpa. 2.3 pav. Dalelių dydžio įtaka aerozolių sprogimo parametrams. 1 metilceliuliozė; 2 miltai; 3 polietilenas; 4 polivinilchloridas (pagal КОРОЛЬЧЕНКО А. Я.,1986) Dalelių aerozolio sprogimui esminę įtaką turi jų drėgnis. Dalelių drėgniui didėjant, žemutinė ribinė užsiliepsnojimo koncentracija didėja, o sprogimo sukeltas slėgio greitis mažėja. Sprogstant aerozoliams, susidaro didelės smūginės bangos: pavyzdžiui, sprogus anglies dulkėms slėgis pasiekia 800 1000 kpa, o aliuminio pudrai (baltajai bronzai) apie 1138 kpa. Smulkinant, malant ar transportuojant medžiagas pneumatiniais transporteriais, jų dulkės įsielektrina ir elektrostatinių krūvių išlydžiai gali būti gaisrų ir sprogimų priežastis. Į žmogaus organizmą dulkės patenka per kvėpavimo takus, akių gleivinę, odą, net virškinimo traktą. Dulkių poveikis priklauso nuo jų dispersiškumo, kilmės, koncentracijos dydžio, tirpumo organizmo skysčiuose, cheminės sudėties, fizinio darbo sunkumo. Didžiąją žemės ūkyje dulkių dalį (59 98,9 %) sudaro smulkios iki 4 μm dydžio dalelės (МЕДВЕДЬ Л. И., 1981), nors pasitaiko ir 400 700 μm dalelių. Žemės ūkio gamyboje dažniausiai žemdirbius veikia dirvožemio ir augalinės dulkės (2.7 lentelė). Pavojingiausiomis sveikatai yra mažesnės kaip 5 μm dydžio dulkės, kurios patenka į plaučius ir jų alveoles. Į alveoles patenka apie 10 % įkvėptų dulkių, o 15 % praryjama su seilėmis. Dulkės, kurių dalelės didesnės kaip 10 μm, susilaiko viršutiniuose kvėpavimo takuose, o mažesnės kaip 0,25 μm dalinai iškvepiamos. Dažniausiai pasaulyje ir Lietuvoje pasitaikančios pneumokoniozės yra silikozė, antrakozė, asbestozė ir beriliozė. 25