大気汚染の管理

大気汚染防止システムの管理者の目的は、過剰な濃度の大気汚染物質が影響を受けやすい目標に到達しないようにすることです。 ターゲットには、人、植物、動物、および材料が含まれる可能性があります。 いずれの場合も、これらの各グループの中で最も敏感なグループに関心を持つ必要があります。 大気汚染物質には、ガス、蒸気、エアロゾル、場合によってはバイオハザード物質が含まれる可能性があります。 適切に設計されたシステムは、ターゲットが有害な濃度の汚染物質を受け取るのを防ぎます。

ほとんどの大気汚染防止システムは、いくつかの制御技術の組み合わせ、通常は技術的制御と行政的制御の組み合わせを含み、大規模またはより複雑な原因では、複数の種類の技術的制御が存在する場合があります。

理想的には、適切なコントロールの選択は、解決すべき問題のコンテキストで行われます。

• どのような濃度で、何が放出されますか?
• ターゲットは何ですか？ 最も影響を受けやすいターゲットは何ですか?
• 許容可能な短期暴露レベルは?
• 長期暴露の許容レベルは？
• 短期および長期暴露レベルを超えないようにするには、どのような管理の組み合わせを選択する必要がありますか?

表 1 に、このプロセスの手順を示します。

表 1. 汚染防止策を選択する手順

* ステップ 3 でばく露レベルを設定する場合、これらのばく露はプラントからのばく露だけでなく、総ばく露であることを覚えておく必要があります。 許容レベルが確立されると、バックグラウンド レベルと他の植物からの寄与を差し引いて、許容暴露レベルを超えずに植物が放出できる最大量を決定します。 これが行われず、XNUMX つの植物が最大量の放出を許可された場合、ターゲット グループは許容レベルの XNUMX 倍にさらされます。

** 発がん性物質などの一部の物質には、それ以下では有害な影響が発生しないしきい値がありません。 したがって、物質の一部が環境に逃げることが許されている限り、対象集団に何らかのリスクが生じます。 この場合、効果なしレベルを設定することはできません (ゼロ以外)。 代わりに、許容可能なレベルのリスクを確立する必要があります。 通常、これは、1 から 100,000 人の暴露された人に 1,000,000 つの有害な結果の範囲で設定されます。

一部の法域では、影響を受けやすいターゲットが受け取ることができる汚染物質の最大濃度に基づいて基準を設定することにより、いくつかの作業を行っています. このタイプの標準では、管理者はステップ 2 と 3 を実行する必要はありません。これは、規制機関が既に行っているためです。 この制度では、管理者は汚染物質ごとに未規制排出基準のみを設定し（ステップ1）、その基準を満たすために必要な管理を決定します（ステップ4）。

規制当局は大気質基準を設けることで、個々の曝露を測定し、潜在的に有害なレベルにさらされているかどうかを判断できます。 これらの条件下で設定された基準は、最も脆弱なターゲットグループを保護するのに十分低いと想定されています. これは常に安全な仮定ではありません。 表 2 に示すように、一般的な大気質基準にはさまざまなバリエーションがあります。 二酸化硫黄の大気質基準は 30 ～ 140 μg/m の範囲です³. あまり一般的に規制されていない材料の場合、この変動はさらに大きくなる可能性があります (1.2 ～ 1,718 μg/m³)、ベンゼンの表 3 に示すように。 毒物学と同様に経済学が標準設定において大きな役割を果たすことができることを考えると、これは驚くべきことではありません。 影響を受けやすい集団を保護するのに十分なほど低い基準が設定されていない場合、誰も十分なサービスを受けられません. 暴露された集団は、誤った自信を持っており、無意識のうちに危険にさらされる可能性があります. エミッターは最初、寛大な基準の恩恵を受けたと感じるかもしれませんが、コミュニティ内の影響により、企業がコントロールを再設計したり、新しいコントロールをインストールしたりする必要がある場合、最初に正しく行うよりもコストが高くなる可能性があります。

表 2. 一般的に管理されている大気汚染物質 (二酸化硫黄) の大気質基準の範囲

表 3. 一般的に管理されていない大気汚染物質 (ベンゼン) の大気質基準の範囲

レベルは、比較を支援するために 24 時間の平均時間に標準化されました。

(Calabrese and Kenyon 1991 から適応。)

大気汚染防止策を選択するためのこの段階的なアプローチが短絡する場合があり、規制当局と設計者は「普遍的な解決策」に直行します。 そのような方法の 4 つが、利用可能な最善の制御技術 (BACT) です。 排出源に対してスクラバー、フィルター、適切な作業慣行の最適な組み合わせを使用することにより、最も影響を受けやすいターゲット グループを保護するのに十分なレベルの排出量が達成されると想定されます。 多くの場合、結果として生じる放出レベルは、最も影響を受けやすいターゲットを保護するために必要な最小値を下回ります。 このようにして、すべての不要な露出を排除する必要があります。 BACT の例を表 XNUMX に示します。

表 4. 使用された制御方法と推定効率を示す、利用可能な最良の制御技術 (BACT) の選択例

BACT だけでは、適切な管理レベルは保証されません。 これは、ガス クリーニング コントロールと適切な運用慣行に基づく最適な制御システムですが、発生源が大規模なプラントである場合、または敏感なターゲットの隣にある場合、BACT は十分ではない可能性があります。 利用可能な最良の制御技術をテストして、実際に十分に優れていることを確認する必要があります。 得られた排出基準をチェックして、最適なガス洗浄制御を行っても依然として有害であるかどうかを判断する必要があります。 排出基準が依然として有害である場合は、より安全なプロセスや材料を選択する、または影響を受けにくい地域に移転するなど、他の基本的な管理を検討する必要があります。

一部のステップをバイパスするもう XNUMX つの「普遍的なソリューション」は、ソース パフォーマンス標準です。 多くの法域では、超えることのできない排出基準を設定しています。 排出基準は、発生源での排出に基づいています。 通常、これはうまく機能しますが、BACT のように信頼できない場合があります。 レベルは、最大排出量を十分に低く維持して、影響を受けやすい対象集団を典型的な排出量から保護するのに十分なほど低くする必要があります。 ただし、利用可能な最良の制御技術と同様に、これは、大きな排出源や影響を受けやすい人口が近くにいるすべての人を保護するには十分ではない可能性があります. この場合、他の手順を使用して、すべての対象グループの安全を確保する必要があります。

BACT と排出基準の両方に基本的な誤りがあります。 彼らは、プラントで特定の基準が満たされていれば、標的グループは自動的に保護されると想定しています。 これは必ずしもそうではありませんが、そのようなシステムが法律に可決されると、ターゲットへの影響は法律の遵守に次ぐものになります。

BACT および発生源排出基準または設計基準は、管理の最低基準として使用する必要があります。 BACT または排出基準が影響を受けやすいターゲットを保護する場合は、それらを意図したとおりに使用できますが、そうでない場合は、他の管理上の制御を使用する必要があります。

管理措置

コントロールは、技術的なコントロールと管理的なコントロールの XNUMX つの基本的なタイプに分けることができます。 ここでの技術的制御とは、ガス流中の汚染物質をコミュニティが受け入れられるレベルまで減らし、最も敏感なターゲットを保護するために放出源に取り付けられるハードウェアとして定義されます。 ここでは、その他の管理手段として管理上の管理策を定義します。

技術的制御

ガス クリーニング システムは、環境に放出する前にガス流から汚染物質を除去するために、煙突の前の発生源に配置されます。 表 5 に、さまざまなクラスのガス洗浄システムの概要を示します。

表 5. 産業プロセスの排出物から有害なガス、蒸気、微粒子を除去するためのガス洗浄方法

ガスクリーナーは、フード、ダクト、ファン、クリーナー、煙突からなる複雑なシステムの一部です。 各部品の設計、性能、およびメンテナンスは、他のすべての部品の性能、およびシステム全体に影響を与えます。

システム効率は、その設計、エネルギー入力、およびガス流と汚染物質の特性に応じて、クリーナーの種類ごとに大きく異なることに注意してください。 その結果、表 5 のサンプル効率は概算にすぎません。 効率の変動は、表 5 の湿式スクラバーで示されています。湿式スクラバーの収集効率は、スクラバー全体で同じ圧力損失 (98.5 インチの水ゲージ (wg )))。 同じサイズの粒子 (5 μm) の場合、効率は 45 wg での 1% から 6.8 wg での 1% になります。その結果、ガス クリーナーは問題の特定のガス流に適合させる必要があります。 汎用デバイスの使用は推奨されません。

廃棄物処理

ガス洗浄システムを選択および設計する際には、収集した物質の安全な廃棄について慎重に検討する必要があります。 表 6 に示すように、一部のプロセスでは大量の汚染物質が生成されます。 汚染物質のほとんどがガス洗浄装置によって収集された場合、有害廃棄物処理の問題が発生する可能性があります。

表 6. 選択した産業プロセスの制御されていない排出率の例

場合によっては、廃棄物には、製錬所からの重金属や塗装ラインからの溶剤など、リサイクル可能な貴重な製品が含まれている場合があります。 廃棄物は、別の産業プロセスの原料として使用できます。たとえば、硫酸として収集された二酸化硫黄は、肥料の製造に使用できます。

廃棄物をリサイクルまたは再利用できない場合、廃棄は簡単ではない可能性があります。 音量が問題になるだけでなく、それ自体が危険な場合があります。 たとえば、ボイラーや製錬所から回収された硫酸を再利用できない場合は、廃棄する前に中和するためにさらに処理する必要があります。

分散系

分散は、ターゲットでの汚染物質の濃度を下げることができます。 ただし、分散によって工場から排出される物質の総量が減少するわけではないことを覚えておく必要があります。 高い煙突は、影響を受けやすいターゲットが存在する可能性が高い地表レベルに到達する前に、プルームが広がり、希釈されることのみを可能にします。 汚染物質が主に悪臭などの迷惑である場合、分散は許容される場合があります。 ただし、物質が重金属のように持続性または蓄積性がある場合、希釈は大気汚染問題の解決策にはならない可能性があります。

分散液は注意して使用する必要があります。 地域の気象条件と地表面条件を考慮する必要があります。 たとえば、寒冷な気候、特に積雪のある気候では、気温の逆転が頻繁に発生し、汚染物質が地面近くに閉じ込められる可能性があり、予想外に高い曝露が発生する可能性があります。 同様に、植物が谷にある場合、プルームは谷を上下に移動したり、周囲の丘によって遮られたりして、予想どおりに広がったり分散したりしない場合があります。

管理制御

技術システムに加えて、大気汚染制御システムの全体的な設計で考慮しなければならない別の制御グループがあります。 大部分は、産業衛生の基本的なツールから来ています。

置換

職場での環境ハザードを制御するための推奨される労働衛生方法の XNUMX つは、より安全な材料またはプロセスを代用することです。 より安全なプロセスまたは材料を使用でき、有害な排出を回避できる場合、制御の種類または有効性は学術的になります。 間違った最初の決定を修正しようとするよりも、問題を回避する方がよい. 代替の例としては、よりクリーンな燃料の使用、バルク貯蔵用のカバー、乾燥機の温度低下などがあります。

これは、小規模な購入だけでなく、プラントの主要な設計基準にも適用されます。 環境に安全な製品またはプロセスのみを購入する場合、屋内または屋外の環境へのリスクはありません。 間違った購入が行われた場合、プログラムの残りの部分は、その最初の決定を補償しようとすることから成ります。 低コストだが危険な製品またはプロセスを購入した場合、特別な取り扱い手順と機器、および特別な廃棄方法が必要になる場合があります。 その結果、低コストのアイテムは、購入価格が低くても、使用および廃棄のコストが高くなる場合があります。 おそらく、より安全ではあるがより高価な材料またはプロセスは、長期的にはコストがかからなかったでしょう.

局所換気

より安全な材料や方法に置き換えることによって回避できない特定されたすべての問題に対して、管理が必要です。 排出は、煙突からではなく、個々の作業現場から始まります。 発生源で排出物を捕捉して制御する換気システムは、適切に設計されていれば、コミュニティを保護するのに役立ちます。 換気システムのフードとダクトは、総合的な大気汚染防止システムの一部です。

局所換気システムが好ましい。 汚染物質を希釈せず、環境に放出する前に洗浄しやすい濃縮ガス流を提供します。 ガス洗浄装置は、汚染物質の濃度が高い空気を洗浄する場合により効率的です。 たとえば、金属炉の注ぎ口を覆う捕獲フードは、汚染物質が環境に入るのを防ぎ、煙をガス洗浄システムに送ります。 表 5 では、吸収および吸着クリーナーの洗浄効率は汚染物質の濃度とともに増加し、凝縮クリーナーは低レベル (<2,000 ppm) の汚染物質には推奨されないことがわかります。

汚染物質が発生源に捕らえられず、窓や換気口から漏れることが許されている場合、それらは制御されていない一時的な排出になります. 場合によっては、これらの制御されていない一時的な排出物が近隣地域に重大な影響を与える可能性があります。

分離

隔離 - 影響を受けやすいターゲットからプラントを離す - は、エンジニアリング制御だけでは不十分な場合の主要な制御方法になる可能性があります。 これは、利用可能な最善の制御技術 (BACT) に依存する必要がある場合に、許容レベルの制御を達成する唯一の手段である可能性があります。 利用可能な最善の制御を適用した後でも、標的グループが依然として危険にさらされている場合は、敏感な集団が存在しない代替サイトを見つけることを検討する必要があります.

上記のように、分離は個々の植物を影響を受けやすい標的から分離する手段です。 別の隔離システムは、地方自治体がゾーニングを使用して、影響を受けやすい対象から産業クラスを分離する場合です。 産業が対象集団から分離された後は、その集団が施設の隣に移転することは許可されるべきではありません。 これは常識のように思えますが、それほど頻繁には使用されていません。

作業手順

労働者や環境に危険を及ぼすことなく、機器が適切かつ安全に使用されるように、作業手順を作成する必要があります。 複雑な大気汚染システムが意図したとおりに機能するには、適切に維持および運用する必要があります。 その中で重要な要素は、スタッフのトレーニングです。 スタッフは、職場やコミュニティに放出される有害物質の量を削減または排除するために、機器の使用方法と保守方法についてトレーニングを受ける必要があります。 場合によっては、BACT は適切な結果を保証するために優れた実践に依存しています。

リアルタイム監視

リアルタイム監視に基づくシステムは一般的ではなく、一般的に使用されていません。 この場合、継続的な放出と気象モニタリングを分散モデリングと組み合わせて、風下の暴露を予測できます。 予測された曝露が許容レベルに近づくと、その情報は生産率と排出量を削減するために使用されます。 これは非効率的な方法ですが、既存の施設の一時的な制御方法として受け入れられる場合があります。

これとは逆に、過剰な濃度の汚染物質が存在する可能性があるような状況になったときに、公衆が適切な行動を取ることができるように警告を発します。 たとえば、製錬所の風下にある二酸化硫黄のレベルが過剰になるような大気条件であるという警告が出された場合、喘息患者などの影響を受けやすい人々は、外に出てはならないことを知るでしょう。 繰り返しになりますが、これは、恒久的な管理策が導入されるまでの暫定的な管理策として受け入れられる場合があります。

リアルタイムの大気および気象モニタリングは、複数の発生源が存在する可能性のある主要な大気汚染イベントを回避または削減するために使用されることがあります。 過度の大気汚染レベルが明らかになると、自動車の個人的な使用が制限され、主要な排出産業が閉鎖される可能性があります。

メンテナンス/ハウスキーピング

すべての場合において、コントロールの有効性は適切なメンテナンスに依存します。 機器は意図したとおりに動作する必要があります。 大気汚染管理を維持し、意図したとおりに使用するだけでなく、潜在的な排出物を生成するプロセスを維持し、適切に運用する必要があります。 産業プロセスの例としては、温度コントローラーが故障している木材チップ乾燥機があります。 乾燥機の温度が高すぎると、乾燥木材からより多くの物質が放出され、おそらく別の種類の物質が放出されます。 排出物に影響を与えるガス クリーナーのメンテナンスの例としては、バッグが壊れた状態でメンテナンスが不十分なバグハウスが挙げられます。これにより、微粒子がフィルターを通過する可能性があります。

ハウスキーピングは、総排出量を制御する上でも重要な役割を果たします。 工場内のほこりがすぐに取り除かれないと、再混入してスタッフに危険をもたらす可能性があります。 粉塵がプラントの外に持ち出されると、地域社会に危険をもたらします。 植物の庭の手入れが行き届いていないと、地域社会に重大なリスクをもたらす可能性があります。 覆われていないバルク材料、植物の廃棄物、または車両で発生した粉塵は、汚染物質が風に乗ってコミュニティに運ばれる可能性があります。 適切なコンテナまたは保管場所を使用して庭を清潔に保つことは、総排出量を削減する上で重要です。 コミュニティを守るためには、システムを適切に設計するだけでなく、適切に使用する必要があります。

不十分なメンテナンスとハウスキーピングの最悪の例は、壊れた鉛粉塵コンベヤを備えた鉛回収プラントです。 粉塵がコンベヤから逃げるのを許され、山が非常に高くなり、粉塵が山を滑り落ちて壊れた窓から出てきました。 その後、局地的な風がほこりを近所に運びました。

排出物サンプリング装置

ソース サンプリングは、いくつかの理由で実行できます。

• 排出量を特徴付ける。 大気汚染防止システムを設計するには、何が排出されているかを知る必要があります。 ガスの量だけでなく、放出される物質の量、アイデンティティ、および粒子の場合はサイズ分布を知る必要があります。 近隣地域の総排出量をカタログ化するには、同じ情報が必要です。

• 機器の効率をテストします。 大気汚染防止システムを購入したら、意図したとおりに機能していることを確認するためにテストする必要があります。

• 制御システムの一部として。 排出量を継続的に監視すると、データを使用して大気汚染管理システムやプラントの運用自体を微調整できます。

• コンプライアンスを決定するため。 規制基準に排出制限が含まれている場合、排出サンプリングを使用して、基準への準拠または非準拠を判断できます。

使用するサンプリング システムの種類は、サンプルを採取する理由、コスト、技術の可用性、およびスタッフのトレーニングによって異なります。

目に見える排出

空気の汚染力を減らしたり、視認性を改善したり、大気中へのエアロゾルの侵入を防止したりすることが望まれる場合、基準は目に見える排出量に基づく場合があります。

目に見える放出は、小さな粒子または色付きのガスで構成されています。 プルームが不透明であるほど、より多くの物質が放出されます。 この特性は視覚的に明らかであり、訓練を受けた観察者は排出レベルを評価するために使用できます。 排出基準を評価するこの方法を使用することには、いくつかの利点があります。

• 高価な機器は必要ありません。

• XNUMX 人で XNUMX 日に多くの観測を行うことができます。

• プラント オペレータは、プロセス変更の影響を低コストで迅速に評価できます。

• 違反者は、時間のかかるソース テストなしで引用できます。

• 以下のセクションで説明するように、疑わしい放出を特定し、実際の放出を発生源テストによって決定することができます。

抽出サンプリング

はるかに厳密なサンプリング方法では、ガス流のサンプルを煙突から取り出して分析する必要があります。 これは単純に聞こえますが、単純なサンプリング方法にはなりません。

特に粒子が収集されている場合、サンプルは等速的に収集する必要があります。 等速サンプリングは、材料が煙突またはダクト内を移動するのと同じ速度でサンプリング プローブにサンプルを引き込むことによるサンプリングとして定義されます。 これは、ピトー管でガス流の速度を測定し、サンプルが同じ速度でプローブに入るようにサンプリング レートを調整することによって行われます。 これは、微粒子をサンプリングする場合に不可欠です。これは、大きくて重い粒子は方向や速度の変化に追従しないためです。 その結果、サンプル中のより大きな粒子の濃度はガス流を代表するものではなく、サンプルは不正確になります。

二酸化硫黄のサンプル列を図 1 に示します。これは単純ではなく、サンプルを適切に収集するには訓練を受けたオペレーターが必要です。 二酸化硫黄以外のものをサンプリングする場合は、インピンジャーとアイスバスを取り外して、適切な収集装置を挿入できます。

図 1. 二酸化硫黄の等速性サンプリング トレインの図

抽出サンプリング、特に等速性サンプリングは、非常に正確で用途が広く、いくつかの用途があります。

• これは、適切な品質管理を備えた認識されたサンプリング方法であるため、基準への準拠を判断するために使用できます。

• この方法の潜在的な精度は、新しい制御機器の性能試験に適しています。

• 多くの成分について、制御された実験室条件下でサンプルを収集および分析できるため、ガス流の特性評価に役立ちます。

簡素化された自動サンプリング システムは、連続ガス (電気化学、紫外光度計、または水素炎イオン化センサー) または微粒子 (比濁計) 分析装置に接続して、排出を継続的に監視できます。 これにより、排出量の文書化、および大気汚染防止システムの瞬間的な動作状態を提供できます。

その場サンプリング

エミッションは、スタックでサンプリングすることもできます。 図 2 は、ガス流内の物質を測定するために使用される単純な透過率計を表したものです。 この例では、光ビームがスタックを横切ってフォトセルに投射されます。 微粒子または着色ガスは、光の一部を吸収または遮断します。 材料が多いほど、フォトセルに到達する光が少なくなります。 (図 2 参照)

図 2. スタック内の微粒子を測定する単純な透過率計

さまざまな光源と紫外光 (UV) などの検出器を使用することで、可視光を透過するガスを検出できます。 これらのデバイスは、特定のガスに合わせて調整できるため、廃棄物の流れのガス濃度を測定できます。

An 現場の 監視システムは、煙突またはダクト全体の濃度を測定できるという点で抽出システムよりも優れていますが、抽出法はサンプルが抽出されたポイントでのみ濃度を測定します。 サンプルガス流が十分に混合されていない場合、これにより重大なエラーが発生する可能性があります。 ただし、抽出法はより多くの分析方法を提供するため、おそらくより多くのアプリケーションで使用できます。

から 現場の システムは連続的な読み出しを提供するため、放出の記録やオペレーティング システムの微調整に使用できます。

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