Strojárstvo a životné prostredie

Strojárstvo, prístroje, energia, výrobné strojné zariadenia predstavujú technické prostriedky pomocou, ktorých človek využíva prírodné zdroje energie a suroviny, dopravuje materiály a osoby, chráni a upravuje ŽP, získava a rozširuje informácie.

Z hľadiska účinkov v ŽP rozlišujeme 3 kategórie strojných zariadení:

1. Strojné zariadenia, ktoré mechanickým účinkami, produkciou odpadových látok a odpadovej energie pôsobia ako zdroje znehodnocovania a znečisťovania ŽP.
2. Špecifické strojné zariadenia slúžiace k obmedzeniu a využívaniu odpadových látok a odpadovej energie (odlučovače, filtre)
3. Špecifické strojné zariadenia, ktoré slúžia k úprave čistoty ovzdušia a mikroklímy vo vnútornom obytnom a pracovnom prostredí (vetranie, klimatizácia, vykurovacie zariadenia).

Strojné zariadenia podľa účelu využívajú k svojej funkcii najmä tieto fyzikálne a chemické princípy:

1. Premenu a prenos energie
2. Premenu a prenos látok (za pomoci chemických zmien)
3. Mechanické spracovanie látok (materiálov) zmenou tvaru, veľkosti, zloženia, keď nedochádza k zmene chemického zloženia
4. Prenos a spracovanie informácií

Strojné zariadenia: (stroj-CNC….)- mechanické zariadenie, meniace jeden druh energie na iný druh alebo vykonávajúce rôzne (pracovné) operácie.

Prístroj: (počítač, mikroskop)- zložitejšie technické zariadenia, ktoré nekonajú vlastnú prácu, ale uplatnením fyzikálnych alebo chemických dejov dosahuje požadovaný účinok.

Podľa účelu, hlavnej skupiny strojných zariadení delíme na:

• Tepelné a energetické zariadenia
• Chladiace zariadenia
• Hydraulické a pneumatické zariadenia
• Dopravná technika
• Presná mechanika a optika
• Stroje a zariadenia pre chemický, potravinársky a spotrebný priemysel
• Stroje a zariadenia pre strojársku výrobu
• Textilné stroje
• Transportné a stavebné stroje
• Poľnohospodárske stroje
• Technika ŽP (svojou funkciou eliminujú vplyv na ŽP)

Strojné zariadenia sú charakterizované:

1. Úžitkovou funkciou (primárna funkcia)
2. Funkciou v ŽP (sekundárna funkcia)

Špecifické strojné zariadenia, ktoré patria do skupiny technika ŽP svojou funkciou slúžia k obmedzovaniu toku odpadovej energie a odpadových látok zo zdrojov na objekty a tiež k úprave stavu prostredia, hlavne čo sa týka podmienok pracovného prostredia pre zamestnancov.

- bezprostredný vzťah stroja a človeka je predmetom ergonomickej analýzy

- strojné zariadenia musia byť prispôsobené fyzickým, senzorickým a mentálnym možnostiam človeka

- ergonómia sa zaoberá štúdiom požiadaviek na pracovný proces z hľadiska možností človeka s cieľom optimalizovať psychofyzickú záťaž človeka, berú sa pri tom do úvahy:

1. rozmerové riešenie stroja, človeka
2. ovládanie- návrh ovládačov
3. návrh oznamovačov
4. návrh panelov

Pôsobenie strojných zariadení na ŽP je možné charakterizovať v 5 základných problémových oblastiach:

1. ovzdušie
2. vody
3. pevné odpady
4. hluk, chvenie a vibrácie
5. elektromagnetické a rádioaktívne žiarenie

Metóda párového hodnotenia

Základom metódy párového hodnotenia je postupné porovnávanie 2 faktorov, pri ktorom možno určiť, ktorý je podľa názoru hodnotiteľov dôležitejší

-          základným prostriedkom na hodnotenie technických procesov, z hľadiska ich vplyvu na ŽP je hodnotenie fyzikálnych, chemických, biologických a iných faktorov, ktorými sa vyjadruje pôsobenie technológií (výroby) na ŽP

-          tieto faktory sú stanovené na základe analýzy procesu ako technologického systému

-          faktory vyjadrujúce vplyv technických procesov na prostredie sa delia na 4 základné skupiny:

1)      Technologické faktory, ktoré slúžia na opis technologického postupu, napr. zložitosť technického procesu, spotreba materiálu a energie, úroveň automatizácie, množstvo škodlivín a odpadov

2)      Ekonomické faktory, zahŕňajú podstatné investičné a prevádzkové náklady hlavných a pomocných procesov a ďalšie ekonomicko- organizačné hľadiská (produktivita, využiteľnosť materiálu, výnosy hlavného procesu, zisk z procesu ŽP)

3)      Ekologické faktory, zahŕňajú podstatné interakcie hodnoteného procesu so ŽP (podiel využiteľných odpadov, toxicita odpadov, množstvo emisii a hluku do ŽP, vplyv na flóru a faunu atď)

4)      Sociálne faktory, predstavujú pokus integrovať do rozhodovacieho procesu aj sociálne účinky technologického procesu (napr. zloženie pracovníkov, podmienky pracoviska, nebezpečenstvo poškodenia zdravia pracovníkov, vzdelanostná úroveň)

-    pre výber faktorov sa uskutočňuje ich hierarchizácia- stanovenie poradia významu faktorov pre uvažovanú technológiu na základe Fullerovho trojuholníka.

1       1          1          1          …         1          1

2       3          4          5          …       (n-1)      n

2          2          2          …         2          2

3          4          5          …       (n-1)      n

…                                …

…

n-1

n

celkový počet dvojíc: (n(n-1))/2

Po vykonaní porovnania (celkový počet) sa pri každom faktore zistí počet prípadov, kde sa 1 z faktorov hodnotil ako dôležitejší a priradí sa mu početnosť 1 (hodnota)

Ak výnimočne nebolo možné rozhodnutie, obidvom faktorom sa priradí početnosť 0,5 (pól boda), súčet početností všetkých faktorov sa musí rovnať počtu dvojíc.

Zostavením faktorov podľa ich výslednej početnosti v poradí od najvyššej hodnoty k najnižšej dostaneme poradie ich dôležitosti

Po uskutočnení hierarchizácie možno pristúpiť k oceňovaniu faktorov podľa zvolenej bodovej stupnice a to na základe analýzy úrovne faktora, ktorý poskytuje prehľad o najvyšších a najnižších dosahovaných hodnoteniach.

Súčtom súčinov váhy faktorov a ich bodového hodnotenia dostaneme hodnotu, ktorá je nazvaná ako syntetický ukazovateľ technologického procesu. Tento ukazovateľ jednoznačne udáva, ktorej z uvažovaných technologických variantov by sa mala dať prednosť.

Ovzdušie

Znečistenie ovzdušia

-    medzi hlavné zdroje znečistenia ovzdušia zaraďujeme:

1. Stacionárne spaľovacie zariadenia
2. Dopravné zariadenia
3. Priemyselné prevádzky
4. Spracovanie tuhých odpadov
5. Ostatné zdroje prevažne menšieho rozsahu využívané vo výrobe a službách pre obyvateľov

-    medzi hlavné znečisťujúce látky, ktorých emisie sa uvoľňujú do ovzdušia zaraďujeme:

1. aerosol- prevažne tuhé, čiastočne kvapalné
2. oxid síry- oxid dusíka
3. prchavé organické látky
4. oxid uhoľnatý a oxid uhličitý
5. ťažké kovy

Oxid síričitý (SO2)- vzniká prevažne pri spaľovaní fosílnych palív (uhlie, ropa, zemný plyn)
-     síran v ovzduší pôsobí dráždivo, v rastlinách narušuje bunky, narušuje proces fotosyntézy.

Oxid dusíka (NO,NO2)- NO2 je podstatným zdrojom pri vzniku fotochemického smogu

-          vzniká pri spaľovacích procesoch

-          prispieva ku vzniku kyslých dažďov

-          pôsobí dráždivo na oči

-          spôsobuje dýchacie problémy- narušuje dýchacie cesty

Oxid uhoľnatý (CO)- vzniká pri nedokonalom spaľovaní z dôvodu nedostatku kyslíka, nízkej teploty plameňa, krátkej doby zotrvania spalín pri dostatočne vysokej teplote, nízka turbulencia v spaľovacom priestore.

-          doba zotrvania CO v atmosfére je 4 mesiace, prispieva tiež ku vzniku fotochemického smogu

-          je označený ako skleníkový plyn

Prchavé organické látky

-  sú ľahko odpariteľné a prevažne zdraviu škodlivé, medzi ne zaraďujeme: aerosol, prach, popolček, sadze, dym, hmly, smog

-  ako prchavé častice označujeme akýkoľvek pevný alebo kvapalný disperzný materiál

• AEROSOL- všeobecný pojem pre častice rozptýlené v ovzduší
• PRACH- ide o pevné častice vznikajúce prevažne mechanickým spôsobom
• POPOLČEK- pevné častice vznikajúce pri oxidačných procesoch kondenzáciou látok vyparovaných za tepla
• SADZE- jemné pevné častice vznikajúce pri nedokonalom spaľovaní obsahujúce prevažne uhlík
• HMLA- ide o aerodisperznú zmes kvapalných častíc vznikajúca kondenzáciou plynnej fázy alebo rozrušením väčšieho objemu tekutiny
• SMOG- ide o súbor častíc a plynných prímesí intenzívne znečisťujúcich ovzdušie v priemyselných a mestských aglomeráciách
• FOTOCHEMICKÉ ZMENY- najviac naňho vplývajú NO, uhľovodíky a slnečné žiarenie, koncentrovaním týchto látok v ovzduší vzniká druhotné znečistenie, ktoré označujeme ako fotochemický smog -  spôsobuje dráždenie sliznice, očí, dýchacie problémy, narušenie vegetácie, atď.

ŤAŽKÉ KOVY- sú charakteristické vysokou hustotou, ktorá je vyššia ako 5g na cm3, za najnebezpečnejšie ťažké kovy sa považujú- olovo, ortuť a chróm - niektoré ťažké kovy v optimálnych obsahoch predstavujú mikroživiny pre pôdu a rastliny napr. meď, mangán, molybdén

-          hlavnými zdrojmi v rámci produkcie ťažkých kovov sú emisie a odpady z priemyslu a tiež komunálne odpady.

-          Znižovanie emisií do ovzdušia je možné:

1)      Obmedzovaním spotreby energie

2)      Náhradou fosílnych palív inými zdrojmi

3)      Úpravou procesu spaľovania a inštaláciou zariadení pre odlučovanie a zneškodňovanie emisií

Zmierňovanie zaťaženia ŽP

1. Racionalizácia- zaberanie menej ŽP pre výrobu, minimalizovanie spotreby materiálu, zavádzanie nových a úsporných technológií
2. Úspora- spracovanie prírodného materiálu (triedenie odpadu), opätovné vyťaženie háld
3. Recyklácia- využitie emisií a odpadov, tak, aby nám slúžili ako vstupný materiál pre výrobu
4. Kvantitatívne zmierňovanie pôsobenia odpadov a emisií- úspornejšie technológie , minimalizácia objektov výroby
5. Kvalitatívne zmierňovanie- uskladňovanie a recyklácia odpadu tak, aby čo najmenej zaťažili ŽP.

Kritické enviro oblasti priemyselnej výroby

-          základný princíp vstupno- výstupného systému:

Kritické oblasti:

-          v 1. rade- vstup

-          v 2. rade výrobný proces

-          v 3. rade- výstp

VSTUP- pri realizovaní vstupu je nutné splniť 3 úlohy:

1)      hospodárske (kapitál, personál, materiál, služby)

2)      organizačné úlohy- vyriešenie otázky dodávateľských postupov, preprava, skladovanie

3)      technické úlohy- zaoberá sa vstupnou kvalitou, ktorá sa vzťahuje na výrobok a výrobný proces

-          z dôvodov riešenia problematiky je nutné brať do úvahy nasledujúce fakty:

1)      požadovaním vstupu je dodávateľ nútený k výrobe a k zaťažovaniu ŽP

2)      ak chceme znížiť zaťaženie ŽP, musí sa do toho zainteresovať aj odberateľ

3)      je nutné posúdiť vhodnosť vstupu pre výrobu

-          nutnosť spolupráce dod. s odb. je vyjadrená nasledujúcimi bodmi:

1)      výkyvy rovnomernosti dodávok a potrieb výroby sú kompenzované pomocou medziskladov

2)      preprava je proces, ktorá spotrebúva energiu

VÝROBNÝ PROCES

-          technológie kde prebieha výroba výrobku

Znižovanie zaťaženia ŽP vo výrobnom procese- účinnosť využívania prírodných zdrojov, kvalita výrobku spočíva v kvalite výrobného procesu (napr. každý podnik ak investuje do kvality výrobku, tým pádom investuje do znižovania zaťaženia ŽP), zníženie množstva odpadu v procese výroby.

VÝSTUP- hotové výrobky a služby

-          technika vhodného výberu, sú 2 možnosti pri vstupe:

1. v oblasti vývoja
2. ak výrobok už existuje, posudzuje sa vhodnosť použitia daného výrobku z 2 smerov:

-          spotreba úžitkovej energie

-          spoľahlivosť a bezpečnosť systému v procese jeho používania ( s ohľadom na používateľa a na minimálne náklady na výrobu)

Odlučovacie zariadenia emisii do ovzdušia

• fázy odlučovaných častí (3 fázy)
• základné princípy odlučovania
• základné typy odlučovačov
• odlučovače- plynné emisie ( čo patrí- vymenovať koncepcia, princípy)
• čistenie odpadových vôd (typy čistení), čo namenajú, čo sa pri čistení používa
• vetranie a klimatizácia (čo to je, na čo slúži)
• ako sa vetrajú miestnosti bez klímy
• klimatické zariadenia
• vykurovanie, ako sa vyrába teplo pre domovy, ako sa dodáva energia

Technológia odpadových vôd (OV)

Čistenie odpadových vôd

a)      Odpadové vody z domácnosti, sociálnych zariadení, objektov spoločného ubytovania a stravovania

b)      Mestské vody- zmes splaškových a iných vôd, najmä priemyselných OV

c)      Priemyselné OV- znečistené vody z výrobného procesu

d)     Poľnohospodárske OV- znečistené vody z rastlinnej a živočíšnej výroby

e)      Dažďové OV- vody z atmosferických zrážok, odvádzame stokovou sieťou

f)       Iné odpadové vody (nemocničné, chladiace)

Vlastnosti OV a zloženie

Splaškové OV- obsahujú      – nerozpustné látky

- rozpustné látky

- mikroorganizmy ( baktérie, vírusy)

- plyny (CO2,H2S, metán)

Priemyselné OV- môžu byť prevažne anorganicky alebo organicky znečistené.

- podľa akosti ich rozdeľujeme:

1)      Mimoriadne škodlivé- tieto OV treba zneškodňovať osobitne, prípadne vhodne predčisťovať pred napojením na ostatné OV podobného charakteru

2)      Znečistené prevažne organickými látkami rozložiteľnými biologicky, nazývajú sa aj hnilobnými OV, tieto OV je účelné čistiť v spoločnej biologickej čistiarni

3)      Znečistené prevažne anorganickými látkami prípadne organickými látkami, ktoré sú odolné voči biologickému čisteniu a kde sa predpokladá chemické čistenie nazývajú sa tiež nehnilobné OV

4)      Relatívne neškodné- podľa charakteru organických látok obsiahnutých v OV sa môžu rozdeliť na OV s obsahom látok: a)    netoxických, biologický rozložiteľných

b) netoxických, biologicky ťažko rozložiteľných

c)  toxických, biologicky rozložiteľných

d) toxických, biologicky ťažko rozložiteľných

Podľa charakteru procesu sa čistenie rozdeľuje na mechanické, chemické, biologické, fyzikálno- chemické

Mechanické čistenie OV

a)      Cedenie- odstraňujú sa najväčšie plávajúce nečistoty. Na cedenie sa používajú hrablice a sitá, nečistoty zachytené na hrabliciach a sitách nazývame zhrabky

b)      sedimentácia- zariadenia založené na princípe sedimentácie ťažších častíc ako je voda sa nachádzajú takmer v každej technologickej linke čistenia OV, separácia suspendovaných látok sedimentáciou prebieha v takýchto zariadeniach         – lapačoch

- štrku

- piesku

- zachytávajú sa najťažšie častice

+ v sedimentačných nádržiach ( častice sa odstraňujú vplyvom gravitácie)

+ v štrbinových nádržiach

c)      flotácia- z OV sa odstraňujú znečisťujúce látky ľahšie ako voda napr. oleje a tuky, OV sa najčastejšie prebubláva bublinkami vzduchu, ktorá vynáša na hladinu uvedené znečisťujúce látky. Flotované látky sa z hladiny odstraňujú zhrabovačom a zneškodňujú sa napr. spaľovaním alebo sa po následnom spracovaní zúžitkujú

Chemické čistenie OV

a)      zrážanie, týmto spôsobom odstraňujeme z OV nežiaduce rozpustné látky. Pridaním vhodného chem. Činidla do OV vznikajú zrazeniny, v ktorých sú fixované aj nežiaduce škodlivé prípadne toxické látky. Vzniknuté zrazeniny odstraňujeme bežnými spôsobmi separácie tuhých častíc najčastejšie sedimentáciou, filtráciou alebo flotáciou

b)      koagulácia- proces, pri ktorom na seba nadväzuje niekoľko stupňov (miešanie, jednostupňová alebo 2stupňová separácia). Používa sa najmä pri čistení priemyselných OV, ktoré obsahujú látky, toxické a biologicky ťažko rozložiteľné

c)      neutralizácia, upravujeme hodnotu PH OV, pri tomto procese sa vyžaduje presné dávkovanie, neutralizačných činidiel. Prebieha dvoma spôsobmi:

1. regeneračná neutralizácia
2. filtrácia cez filtračný materiál

d)     oxidácia- uplatňuje sa pri čistení priemyselných OV, napr. s obsahom toxických kyanidov alebo s obsahom ropných uhľovodíkov a fenolov. Ako oxidovadlo sa používajú chlór, oxid chloričitý, vzdušný kyslík a ozón

e)      redukcia- používa sa na zneškodňovanie organických zlúčenín

f)       spaľovanie- je vhodné na zneškodňovanie škodlivých kvapalných odpadov a kalov v tých prípadoch, keď iné spôsoby nie sú z technických alebo ekonomických dôvodov možné

Fyzikálno- chemické čistenie OV

-          používa sa pri čistení priemyselných OV, prípadne dočisťovaní biologických OV

a)      adsorbcia- uvádza sa roztok do styku s tuhými látkami s veľkými aktívnym povrchom a pozorujeme, že koncentrácia roztoku sa zmenší. Látku na povrchu, v ktorej došlo k absorbcii  označujeme ako absorbent a látku, ktorá absorbovala ako adsorbát

b)      extrakcia- difúzny proces, pri ktorom sa voda, z ktorej treba oddeliť určitú zložku uvedenú do styku s inou kvapalinou- rozpúšťadlom

c)      iónová výmena- používa sa na čistenie napr. rádioaktívnych OV

d)     membránové separačné procesy- patria do skupiny difúznych operácií, kde oddeľovanie zložiek sa uskutočňuje na základe priepustnosti membrány. Uplatňuje sa elektrodialíza, obrátená osmóza a ultrafiltrácia

e)      elektrochemické procesy- pomocou jednosmerného el. prúdu možno oddeliť koloidné látky vo forme dobre sedimentujúcich vločiek a to väčšinou bez pridávania chemikálií.

f)       distilácia- používa sa na odsoľovanie vôd a na odstraňovanie, znečisťujúcich látok z OV

g)      radiačno- chemický proces:   – spracovanie a odvodňovanie kalov

- deštruktívna oxidácia organických látok

- dezinfekcia a sterilizácia

- odstraňovanie rozpustných škodlivých látok

Biologické čistenie OV

a)      samočistenie- súhrn prirodzene prebiehajúcich fyzikálnych, chemických, biologických, biochemických procesov, ktoré sa z povrchových vôd v prírode odstraňujú znečisťujúce látky. Pri samočistení sa uplatňujú fyzikálne, chemické, biologické procesy

Medzi fyzikálne patria:    – sedimentácia- usadzovanie usaditeľných látok

- koagulácia- vytváranie vločiek zo znečisťujúcich látok

- fotooxidácia- pôsobenie slnečného žiarenia pri rozklade znečisťujúcich látok

- premiešavanie a zrieďovanie zmeny pri vyústení OV

-          chemické procesy sa uplatňujú pri chemických reakciach látok, ktoré sa nachádzajú v OV s látkami prítomnými v povrchových vodách

-          biologické proces sú založené na činnosti organizmov

-          prítomné znečisťujúce organické látky sú potravou pre nižšie aj vyššie vodné organizmy