В настоящее время перечень веществ, загрязняющих атмосферу на предприятиях и в селитебной зоне широк. К антропогенным источникам загрязнений атмосферы относят газы, аэрозоли и промышленные пыли. Основной физической характеристикой примесей атмосферы является концентрация – масса вещества (мг) в единице объема воздуха при нормальных условиях. Концентрация примесей определяет физическое, химическое и токсической воздействия веществ на окружающую среду и человека и служит основным параметром при нормировании содержания примесей в атмосфере. Для оценки качества компонентов окружающей среды введены ряд критериев качества к которым относятся: предельно допустимая концентрация вещества (ПДК), предельно допустимый выброс (сброс) (ПДВ, ПДС), предельно допустимая доза (ПДД) и другие. Эти нормативы установлены для большинства веществ, которые могут оказаться в окружающей среде и которые способны оказать негативное воздействие на здоровье человека или компоненты природной среды.
Для обеспечения нормативных уровней концентраций вредных веществ в воздухе населенных мест и вблизи промышленных предприятий на практике реализуются следующие варианты защиты атмосферного воздуха:
Вывод токсичных веществ из помещений общеобменной вентиляцией;
Локализация токсичных веществ в зоне их образования с помощью местной вентиляции с последующей рециркуляцией;
Локализация токсичных веществ в зоне их образования с помощью местной вентиляции с последующей очисткой и выбросом в атмосферу;
Очистка технологических газовых выбросов в специальных аппаратах и их выброс в атмосферу;
Очистка отработавших газов энергоустановок (двигателей внутреннего сгорания) в специальных агрегатах и их выброс в атмосферу или производственную зону;
Размещение предприятий и объектов по отношению к селитебной застройке с учетом розы ветров и рельефа.
Таким образом, все средства защиты атмосферы от вредных производственных выбросов можно объединить в две группы:
1) пассивные – создание условий для рассеивания вредных примесей в атмосферном воздухе (санитарно-защитные зоны, высокие трубы);
2) активные – средства осуществляющие очистку воздуха от разнообразных примесей (пылеуловители, туманоуловители, аппараты для улавливания паров и газов, аппараты многоступенчатой очистки).
Пассивные методы обеспечения требуемых уровней безопасности атмосферного воздуха. В целях обеспечения безопасности населения и в соответствии с Федеральным Законом «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» от 30.03.1999 № 52-ФЗ, вокруг объектов и производств, являющихся источниками воздействия на среду обитания и здоровье человека устанавливается специальная территория с особым режимом использования - санитарно-защитная зона (СЗЗ), размер которой обеспечивает уменьшение воздействия загрязнения на атмосферный воздух (химического, биологического, физического) до значений, установленных гигиеническими нормативами. По своему функциональному назначению санитарно-защитная зона является защитным барьером, обеспечивающим уровень безопасности населения при эксплуатации объекта в штатном режиме. Для объектов, являющихся источниками воздействия на среду обитания разрабатывается проект обоснования размера санитарно-защитной зоны.
Ориентировочный размер санитарно-защитной зоны по классификации определяется расчетами ожидаемого загрязнения атмосферного воздуха (с учетом фона) и уровнями физического воздействия на атмосферный воздух, уточненных результатами натурных исследований и измерений. Критерием для определения размера санитарно-защитной зоны является не превышение на ее внешней границе и за ее пределами ПДК (предельно допустимых концентраций) загрязняющих веществ для атмосферного воздуха населенных мест, ПДУ (предельно допустимых уровней) физического воздействия на атмосферный воздух.
В зависимости от характеристики выбросов для промышленного объекта и производства, по которым ведущим для установления санитарно-защитной зоны фактором является химическое загрязнение атмосферного воздуха, размер санитарно-защитной зоны устанавливается от границы промплощадки и/или от источника выбросов загрязняющих веществ. От границы территории промплощадки:
От организованных и неорганизованных источников при наличии технологического оборудования на открытых площадках;
В случае организации производства с источниками, рассредоточенными по территории промплощадки;
При наличии наземных и низких источников, холодных выбросов средней высоты.
От источников выбросов (рис.6.4): при наличии высоких, средних источников нагретых выбросов. По мере удаления от источника выброса, по направлению ветра условно выделяют три зоны загрязнения атмосферы:
Зоны переброса факела с относительно невысоким содержанием вредных веществ;
Зоны задымления с максимальным содержанием вредных веществ;
Зоны постепенного снижения уровня загрязнения.
Максимальные концентрации (с м ) примесей в приземной слое можно измерить с помощью приборов или рассчитать с соответствии с «Методикой расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий ОНД-86».
Рисунок 6.4 – Классификации источников загрязнения атмосферы
Максимальные концентрации прямо пропорциональны производительности источника и обратно пропорциональны квадрату его высоты над землей:
 | (6.1) |
Где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы;
М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени (г/с);
F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в воздухе;
m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;
ΔΤ – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего воздуха (ºC);
Η – высота источника выброса над уровнем земли, м;
V 1 – расход воздушной смеси (м 3 /с);
Η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности.
Используя расчетные методы, можно определить величину ПДВ для обеспечения в приземном слое ПДК вредных веществ. Если же реальные выбросы превышают ПДВ, в системе выброса используют аппараты для очистки газов от примесей, т.е. применяют активные методы обеспечения требуемых уровней безопасности атмосферного воздуха .
Примеси вредных веществ могут находиться в атмосферном воздухе в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом, газообразном. Именно агрегатным состоянием загрязнителей обусловливается выбор технических средств очистки воздуха: пылеуловители, туманоуловители, аппараты для улавливания паров и газов, аппараты многоступенчатой очистки, используемые при сложном составе выбрасываемых предприятием загрязнителей (рис. 6.5).
Многие производственные процессы сопровождаются значительным выделением пыли. Пыль – это мельчайшие твердые частицы, способные находиться в воздухе или промышленных газах длительное время во взвешенном состоянии. Виды классификаций производственной пыли приведены на рисунке 6.6. Вредность пыли зависит от ее химического состава, концентрации в воздухе и крупности частиц. В легких человека при дыхании задерживаются частицы размером от 0,2 до 7 мкм. Пыль вызывает такие заболевания, как пневмокониозы, дерматиты, экземы, коньюктивиты и др. Очистка воздуха от пыли может быть грубой, при которой задерживается пыль с размером частиц более 100 мкм, средней – с размером пылинок 10 – 100 мкм и тонкой – менее 10 мкм.
Наиболее простыми и широко распространенными от крупной не слипающейся пыли являются аппараты сухой очистки воздуха и газов. К их числу относятся разнообразные по конструкции циклоны, принцип действия которых основан на использовании центробежной силы, воздействующей на частицы пыли во вращающемся потоке воздуха. Для разделения газового потока на очищенный и загрязненный пылью, используются жалюзийные пылеотделители. Эти устройства просты. Применяются для очистки дымовых газов от крупнодисперсной пыли при температуре 450-600ºC. Ротационные пылеуловители предназначены для очистки воздуха от частиц размером более 5мкм и относятся к аппаратам центробежного действия, которые одновременно с перемешиванием воздуха очищают его от пыли.
Аппараты мокрой очистки газов (скубберы) имеют широкое применение. Они характеризуются высокой степенью эффективности очистки от мелкодисперсной пыли с
Рисунок 6.5 – Виды аппаратов для очистки воздуха от производственных выбросов
Рисунок 6.6 – Классификации производственной пыли
размером более 0.3 мкм и возможностью очистки от горячих и взрывоопасных газов. Принцип действия основан на осаждении частиц пыли на поверхности капель или пленке жидкости, в качестве которой используется либо вода (при очистке от пыли), либо химический раствор (при улавливании одновременно с пылью вредных газообразных компонентов).
Аппараты фильтрационной очистки предназначены для тонкой очистки газов за счет осаждения частиц пыли на поверхности пористых перегородок. Осаждение частиц в порах происходит в результате совокупного действия касания, диффузного, инерционного и гравитационного процессов. Фильтры классифицируются по: типу фильтровальной перегородки, конструкции фильтра и его назначения, тонкости очистки и т.д. Большинство фильтрующих установок работает в 2 режимах: фильтрации и регенерации, т.е. очистки от уловленной пыли.
Аппараты электрофильтрационной очистки предназначены для очистки объемных расходов газа от пыли и тумана (масляного). Их принцип действия основан на осаждении частиц пыли в электрическом поле. Достоинствами электрофильтров являются высокая эффективность очистки при соблюдении режимов работы, сравнительно низкие энергозатраты, а недостатками – крупные габариты и большая металлоёмкость.
Существует 2 типа паро- и газоулавливающих установок:
1) обеспечивает санитарную очистку выбросов без последующей утилизации уловленных примесей, количество которых невелико, но которые даже в малых концентрациях опасны для человека;
2) обеспечивают очистку от большого количества веществ с последующей концентрацией их и использованием в качестве исходного сырья в различных технологических процессах.
Методы очистки промышленных выбросов от газообразных и парообразных веществ по характеру протекания физико-химических процессов делят на 4 группы:
1) промывка выбросов растворителями примесей (абсорбция) - основан на поглощении вредных газообразных примесей жидкими поглотителями: водой, раствором соды, аммиака. Например, газообразные цианистые соединения абсорбируют 5% раствором железного купороса.
2) промывка растворами реагентов, химически связывающих примеси (хемосорбция) заключается в поглощении вредных веществ с твердыми или жидкими поглотителями, в результате чего образуются малолетучие или малорастворимые химические соединения. Например, мышьяково-щелочной раствор используют для очистки от сероводорода.
3) поглощение газообразных примесей твердыми телами ультрамикроскопической структурой (адсорбция) – основан на поглощении вредных примесей поверхностью твердых пористых тел – адсорбентов. Чем больше пористость адсорбента, том больше его эффективность. Адсорбентами выступают: активированный уголь, глинозем, цеолиты, сланцевая зола. Например, на АЭС сорбция радиоактивных продуктов осуществляется угольными фильтрами.
4) термическая нейтрализация отходящих газов обеспечивает окисление токсичных примесей в газовых выбросах до менее токсичных при наличии свободного кислорода и высокой температуры газов. Метод применяется при больших объёмах газа и высоких концентрациях газа. Существует 3 схемы применения:
Прямое сжигание в пламени применяется при высокой температуре отходящих газов;
Термическое окисление при температуре 600-800 ºC применяется, если отходящие газы имеют высокую температуру, но в них нет либо кислорода, либо концентрация горючих газов низка;
Каталитическое сжигание при температуре 250-450 ºC предназначен для превращения вредных примесей в горячих газах в безвредные или менее вредные с использованием катализаторов.
Процесс очистки газов от твердых и капельных примесей в различных аппаратах характеризуется несколькими параметрами:
1) Производительностью – объёмом воздуха, который способно очистить данное устройство в единицу времени (м 3 /ч, м 3 /с);
2) Общим коэффициентом очистки – отношением массы пыли, уловленной аппаратом, к массе поступившей в него пыли за единицу времени, %:
Где Ф вх, Ф вых – содержание фракции пыли в воздухе на входе и выходе пылеуловителя, %.
Эффективность пылеулавливания высокоэффективных фильтров может выражаться через коэффициент проскока ε, представляющий собой отношение концентрации пыли за фильтром к концентрации пыли перед фильтром в процентах и определяется по формуле:
| (6.4) |
4) Пылеемкостью , представляющей количество пыли, которое способен уловить и удержать фильтр (г, кг).
5) Гидравлическим сопротивлением пылеуловителя
6) Расходом электроэнергии на очистку воздуха (кВт·ч на 1000 м 3 /ч), воды (л/м 3), масла (кг/год) и т.д.
7) Капитальными затратами на воздухоочистительную установку (руб.)
8) Стоимостью очистки воздуха (рублей на 1000 м 3 воздуха).
Похожая информация.
Способы защиты атмосферы от загрязняющих веществ?
Атмосфера - это газовая оболочка планеты Земля, которая вращается вместе с ней. Смесь газов атмосферы называют воздухом.
Загрязнение бывает первичным и вторичным. Первичное загрязнение происходит тогда, когда вещества, попадающие в атмосферу, оказывают неблагоприятное влияние на живые организмы. Например, газ фосген является ядом для всего живого. Вторичное загрязнение происходит тогда, когда относительно безопасное вещество в атмосфере превращается во вредное. Так, фреон малоактивное химическое вещество, но под действием ультрафиолета разлагается с выделением вредного хлора.
Загрязняющие вещества, попадающие в атмосферу, бывают в твердом, жидком и газообразном агрегатных состояниях. Существенный вклад в эмиссию вредных веществ вносят бытовые системы отопления, а точнее твердотопливные печи. Также, большое количество загрязнителей поступает в атмосферу с выхлопными газами различных видов транспорта. Все виды промышленности являются виновниками загрязнения воздуха наиболее токсичными веществами. Немалую роль в загрязнении атмосферы играют животноводческие комплексы.
Вредные примеси в отходящих газах могут быть представлены либо в виде аэрозолей, либо в газообразном или парообразном состоянии. В первом случае задача очистки состоит в извлечении содержащихся в промышленных газах взвешенных твердых и жидких примесей – пыли, дыма, капелек тумана и брызг. Во втором случае – нейтрализация газо- и парообразных примесей.
Очистка от аэрозолей осуществляется применением электрофильтров, методов фильтрации через различные пористые материалы, гравитационной или инерционной сепарации, способами мокрой очистки.
Очистка выбросов от газо- и парообразных примесей осуществляется методами адсорбции, абсорбции и химическими методами. Основное достоинство химических методов очистки - высокая степень очищения.
Основные способы очистки выбросов в атмосферу:
Обезвреживание выбросов путем перевода токсичных примесей, содержащихся в газовом потоке в менее токсичные или даже безвредные вещества – это химический способ.
Поглощение вредных газов и частиц всей массой специального вещества, называемого абсорбентом. Обычно газы поглощаются жидкостью, большей частью водой или соответствующими растворами. Для этого используют прогонку через пылеуловитель, действующий по принципу мокрой очистки, или применяют распыление воды на мелкие капли в так называемых скрубберах, где вода, распыляясь на капли и, осаждаясь, поглощает газы.
Очистка газов адсорбентами – телами с большой внутренней или наружной поверхностью. К ним относятся различные марки активных углей, силикагель, алюмогель.
Для очистки газового потока применяются окислительные процессы, а также процессы каталитического превращения.
Для очистки газов и воздуха от пыли применяются электрофильтры. Они представляют собой полую камеру, внутри которой расположены системы электродов. Электрическим полем притягиваются мелкие частицы пыли и сажи, а также ионы, загрязняющего вещества.
Сочетание различных способов очистки воздуха от загрязнений позволяет достигать эффекта очистки промышленных газообразных и твердых выбросов.
Гравитационные пылеулавливатели (рис. 6.1) являются наиболее простыми и дешевыми очистительными устройствами. Запыленный воздух подается через входной патрубок 1 , встретив на своем пути преграды 2 , уменьшает скорость. Частицы пыли в результате уменьшения скорости и под действием своего веса оседают в бункере 3 , а очищенный воздух выходит через патрубок 4 в атмосферу.
1 – входной патрубок; 2 – преграды; 3 – бункер; 4 – выходной патрубок
Рисунок 6.1 – Общая схема гравитационного пылеулавливателя
Гравитационные камеры применяют для оседания лишь крупной пыли. Частицы пыли меньше 10 мкм практически не оседают в этих камерах, а в интервале размера фракций 10 - 100 мкм эффективность оседания не превышает 40 %.
Скорость оседания крупных частиц пыли можно определить по формуле:
, м/с,
где r чп , r п – плотность соответственно материала частиц пыли и воздуха, мг/м 3 ;
k – коэффициент, который зависит от формы частиц, при квадратном поперечном сечении k = 1,1, при прямоугольном – 0,9;
h – толщина частиц, мм.
За время пребывания частицы в камере должно состояться ее оседание:
где t – время пребывания частицы пыли в камере, сек ;
H 0 – высота оседания, м.
Длина гравитационной камеры с учетом фактической скорости движения запыленного воздуха должна быть не меньше длины, которая рассчитывается по формуле:
,
где d – диаметр частицы, мкм .
Инерционные пылеулавливатели (рис. 6.2) приобрели широкое применение под названием циклоны. На практике хорошо себя зарекомендовали цилиндровые (ЦН-П, ЦН-15, ЦН-24, ЦН-2) и конические (СК-ЦН-34, СК-СН-34-М, СДК-ЦН-33) циклоны. Принцип работы их такой. Поток запыленного воздуха вводится в циклон через входной патрубок 1 по касательной к внутренней поверхности корпуса, что предопределяет возвратно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру 3 . Под действием центробежной силы частицы пыли на стенке циклона образуют пылевой слой, который вместе с частью воздуха попадает в бункер.
1 – входной патрубок; 2 – верхнее отверстие; 3 – бункер
Рисунок 6.2 – Общая схема циклона
Величину центробежной силы определяют по формуле:
, Н
,
где А – постоянный безразмерный коэффициент;
r r – плотность частиц, мг/м 3 ;
d – диаметр частиц, мкм ;
V m – тангенциальная составляющая скорости движения частиц, м/с ;
r – радиус частиц, мкм ;
R – радиус циклона, м ;
п – постоянная, которая зависит от радиуса циклона и рабочей температуры;
Н ц – высота циклона, м .
Отделение частиц пыли от воздуха происходит при повороте воздушного потока в бункере на 180°. Освободившись от пыли, воздушный поток образует вихрь и выходит из бункера, давая начало выхода воздуха, который оставляет циклон через верхние отверстия 2.
Для нормальной работы циклона необходима герметичность бункера. В другом случае пыль с потоком воздуха будет выходить через верхние исходные отверстия (каналы). Для всех циклонов бункера должны иметь цилиндровую форму диаметром, который равняется 1,5D - для цилиндровых, и (1,1 - 1,2)D - для конических циклонов (D - внутренний диаметр циклона). Высота цилиндровой части бункера составляет 0,8D .
Для очистки значительных масс воздуха применяют батарейные циклоны БЦ-2; ЦРБ-150У и др.
Батарейные циклоны состоят из нескольких циклонных элементов малого диаметра, объединенных в одном корпусе, которые имеют общий подвод воздуха, а также общий бункер-собиратель.
Очистка воздуха в батарейных циклонах основана на использовании центробежных сил.
Коэффициент полезного действия циклонов зависит от концентрации и размеров частиц пыли. Средняя эффективность о чистки воздуха составляет 98 % при размере частиц 30 - 40 мкм , 80 % - при 10 мкм и 60 % - при 4 - 5 мкм .
Значительное распространение на предприятиях получают ротационные, противопотоковые ротационные и радиальные пылеулавливатели.
Хорошо себя зарекомендовали на предприятиях тканевые пылеулавливатели (рис. 6.3), применяются для средней и тонкой одноступенчатой очистки воздуха от мелкой сухой пыли (при начальной запыленности более 200 мг/м 3 ). При очень большой запыленности воздуха (более 5000 мг/м 3 ) тканевые пылеулавливатели используют как вторичные степени очистки.
Тканевый пылеулавливатель состоит из разборного металлического корпуса 5 , разделенного на несколько вертикальных перегородок. В каждой секции располагаются цилиндровые рукава-фильтры 6 из вельвета, фланели или сукна. Тканевые фильтры характеризуются высокой эффективностью очистки воздуха от пороха (98 % и выше).
Принцип работы тканевого пылеулавливателя такой. Запыленный воздух попадает воздуховодом 1 в воздухораспределительную коробку бункера 7 , откуда поступает в рукава 6 . Пройдя фильтрацию, воздух подается в межрукавное пространство, а затем в коллектор 4 . Пыль оседает на внутренней поверхности рукавов, откуда удаляется с помощью струшивающего механизма 3 или продувается потоком воздуха от специального вентилятора через канал 2 . Пыль из рукавов попадает в бункер 7 , откуда с помощью шнека 8 транспортируется за пределы циклона.
Одним из наилучших видов очистки воздуха от пыли и тумана является электрическая очистка . Этот процесс очистки построен на ударной ионизации воздуха в зоне коронирующего разряда, передачи заряда ионов частицами пыли, оседании их на осаждающих и коронирующих электродах электрических пылеулавливателей (рис. 6.4).
Электрические пылеулавливатели нашли широкое применение для очистки воздуха от очень мелких частиц пыли размером 0,01 мкм и меньше. Они разделяются на одноступенчатые и двухступенчатые. Питаются постоянным током высокого напряжения - 60 - 100 кВ.
В состав электрического пылеулавливателя входят: входной патрубок 1 , осаждающий 2 и коронирующий 3 электроды, изолятор 4 , исходящий патрубок 5 и бункер 6.
Основными силами, которые предопределяют движение частиц пыли к осаждающему электроду, являются: аэродинамические силы, силы притяжения и силы давления электрического "ветра".
Следовательно, при подаче запыленного воздуха через входной патрубок 1 происходит заряжение частиц пыли, которые двигаются к осаждающему электроду 2 под воздействием аэродинамических и электрических сил, а положительно заряженные частицы пыли оседают на негативном коронирующем электроде 3 . Поскольку объем внешней зоны коронирующего разряда намного превышает объем внутренней, то большинство частиц пыли заряжается отрицательно. Поэтому основная масса пыли оседает на положительном электроде (стенках корпуса пылеулавливателя), а лишь относительно незначительная - на отрицательном коронирующем электроде. При этом особое значение приобретает электрическое сопротивление слоев пыли.
Пыль с малым удельным электрическим сопротивлением (р < 104 Ом∙см 3 ) при прикосновении к электродам мгновенно теряет свой заряд и приобретает заряд, который отвечает знаку электрода; после чего между электродом и частицами пыли возникает сила отталкивания. Этой силе противодействует лишь сила адгезии, но если она недостаточна, то резко уменьшается эффективность очистки. Пыль со значительным электрическим сопротивлением тяжелее улавливается в электрофильтрах, поскольку разрядка частиц пороха проходит медленно. Поэтому в реальных условиях с целью снижения электрического сопротивления этих частиц увлажняют запорошенный воздух перед подачей, его в фильтр, увеличив, таким образом, эффективность очистки. Именно поэтому в промышленности используют несколько типичных конструкций сухих и мокрых пылеулавливателей. Электроды сухих пылеулавливателей периодически очищают струшивающими механизмами, а мокрых – подогреванием водяным паром.
Инженерная практика удостоверяет, что существующие пылеочистительные устройства не всегда обеспечивают необходимую очистку воздуха от пыли. Известно, что чем меньше частицы пыли, тем тяжелее их улавливать, а оседание частиц размером меньше 1 мкм становится практически невозможным. Поэтому в промышленности часто применяют метод акустической коагуляции, который базируется на увеличении размеров и массы частиц пороха под действием ультразвуковых колебаний.
На рис. 6.5 приведена схема форсуночного скруббера , который является разновидностью скруббера Вентури. Принцип работы его заключается в следующем. Воздушный поток по патрубку 3 подается на зеркало воды, где оседают самые крупные частицы пыли. Мелкодисперсная пыль, распределяясь по всему сечению корпуса 1 , поднимается вверх навстречу потоку капель, который подается в скруббер через форсуночные пояса 2 . Эффективность очистки в форсуночных скрубберах невысокая (0,6 - 0,7).
Центробежные скрубберы батарейного типа (рис. 6.6) применяют для мокрой очистки нетоксичных и невзрывоопасных воздушных потоков от пыли. Принцип работы таких пылеулавливателей заключается в следующем.
При подаче запыленного воздуха через входной патрубок 5 частицы пыли откидываются на пленку жидкости 2 центробежными силами, которые возникают при вращении воздушного потока в скрубберы за счет тангенциального размещения входного патрубка. Пленка жидкости толщиной не меньше 0,3 мм образуется подачей воды через сопло 1 и непрерывно стекает вниз, затягивая частицы пыли в бункер 4 . Эффективность очистки воздуха в таких скрубберах зависит от диаметра их корпуса, скорости воздуха во входном патрубке и дисперсности пыли.
На предприятиях находят применение пять основных методов очищения атмосферного воздуха от паров растворителей, разбавителей (ацетона, бензола, ксилола толуола, формальдегида, аммиака и тому подобное), газов и других вредных веществ, а именно: абсорбция; адсорбция; хемосорбция; термическая нейтрализация; каталитическое обезвреживание и тому подобное.
Абсорбцию часто называют в технике скрубберным процессом очистки. Принцип этого метода заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части поглощения одного или нескольких газовых компонентов (абсорбентов) этой смеси жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора. Разрушающей силой при этом является ингредиент концентрации на границе фаз "газ-жидкость". Растворенный в жидкости абсорбент в результате диффузии, проникает во внутренние слои абсорбента. Данный процесс определяется величиной поверхности разделения фаз, турбулентностью потоков и коэффициентом диффузии. Главным условием при выборе абсорбента является растворимость в нем добытого компонента и ее зависимость от температуры и давления.
Так, например, для удаления из технологических выбросов аммиака, хлористого или фтористого водорода как поглотительную жидкость применяют воду, реже – серную кислоту или вязкое масло и др.
На рис. 6.7 приведена схема абсорбера. В абсорбер через патрубок 1 поступает загазованный воздух с максимальным парциальным давлением, проходит через слой жидкости 5 (в виде пузырьков) и выходит через патрубок 3 с минимальным парциальным давлением. Поглощающая жидкость против потока поступает в аппарат через разбрызгиватель 4 и выходит через патрубок 7 . Процесс абсорбции является гетерогенным, который протекает на границе "газ-жидкость", поэтому для его ускорения применяют разные устройства, которые увеличивают площадь контактного газа с жидкостью.
Для повышения эффективности, очистки воздуха от паров растворителей, разбавителей и газов применяют химические поглотители в виде водных растворов электролитов (кислот, солей, щелочей и тому подобное). Например, для очистки воздуха от диоксида серы как поглотителя (нейтрализатора) применяют раствор щелочи, в результате реакции получают соль:
SO 2 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + H 2 O.
Каталитическая очистка. Для снижения токсичности двигателей внутреннего сгорания в транспортных средствах применяют нейтрализаторы выхлопных газов (рис. 6.8). Нейтрализатор - это дополнительное устройство, что вводится в выпускную систему двигателя для снижения токсичности выхлопных газов.
1 – входящий патрубок; 2 – патрубок для подачи жидкости;
3 – выходной патрубок; 4 – разбрызгиватель жидкости (поглотителя);
5 – поглотитель; 6 –опорная решетка; 7 – патрубок для отвода жидкости
Рисунок 6.7 –Схема абсорбера для очищения атмосферного воздуха от газов и легких компонентов лакокрасочных материалов
а – каталитический реактор: 1 – рекуператор; 2 – контактный пристрой;
3 – катализатор; 4 – зажигатель; 5 – подогреватель; б – установка для очищения воздуха от паров формальдегида: 1 – шеститарелочная колонка; 2 – измеритель аммиака, 3 – реактор; 4 – емкость; 5 – насос; 6 – сборник; 7 – вентилятор
Рисунок 6.8 –Схема установок для превращения токсичных компонентов
промышленных отходов в невредные вещества
В инженерной практике наиболее распространенными являются каталитические нейтрализаторы. Работа таких нейтрализаторов заключается в глубоком (90 %) окислении окиси углерода и углеводородов в широком интервале температур (250 - 800 °С) в присутствии влаги, соединений серы и свинца.
В нейтрализаторах используют, как правило, платиновые катализаторы, которые ускоряют различные реакции. Катализаторы такого типа характеризуются низкими температурами на начальной стадии эффективной работы, высокой температуростойкостью, долговечностью при высоких скоростях газового потока. Однако нейтрализаторы с платиновыми катализаторами являются достаточно дорогими. Поэтому в современных нейтрализаторах используют больше дешевые катализаторы, изготовленные из соединений Fe 2 O 3 , Со 3 О 4 , Сг 2 О 3 или МnО 2 . Такие нейтрализаторы работают в условиях больших температурных перепадов, вибрационных нагрузок и агрессивной среды.
На рис. 6.9 приведена схема каталитического нейтрализатора для автомобиля с дизельным двигателем внутреннего сгорания. Конструкция нейтрализатора имеет вид "трубы в трубе". Реактор состоит из внешней и внутренней перфорированных решеток, между которыми размещен слой гранулированного катализатора.
По характеру химических реакций нейтрализаторы такого типа делятся на: окислительные (воспламеняющиеся), обновительные, трехкомпонентные (бифункциональные).
1 – корпус; 2 – реактор; 3 – решетка; 4 – теплоизоляция; 5 – катализатор;
6 – фланец
Рисунок 6.9 – Схема каталитического нейтрализатора
Контрольные вопросы
1. Характеристика атмосферы (состав, строение, значение).
2. Источники загрязнения атмосферы и основные загрязняющие вещества.
3. Последствия загрязнения атмосферы (смог, кислотный дождь, парниковый эффект, разрушение озонового слоя).
4. Законодательная защита атмосферы.
5. Архитектурно-планировочные мероприятия по защите атмосферы.
6. Технологические и санитарно-технические мероприятия по охране атмосферы.
7. Основные способы и средства очистки выбросов в атмосферу.
8. Адсорбция и очистка выбросов в скрубберах.
Лекция 7. ЗАЩИТА ГИДРОСФЕРЫ
7.1 Характеристика гидросферы
7.1.1 Состояние водных ресурсов
7.1.2 Свойства воды, как лимитирующего фактора в экосистеме
7.2 Значение гидросферы
7.3 Источники и виды загрязнений водных ресурсов. Промышленные загрязнения
7.4 Последствия загрязнения гидросферы
7.5 Методы очистки гидросферы
7.5.1 Самоочищение морей и океанов
7.5.2 Очистка бытовых сточных вод
7.5.3 Очистка промышленных сточных вод
7.6 Выбор некоторых технических и технологических средств защиты гидросферы от промышленных загрязнений
7.7 Государственный мониторинг водных объектов и стандартизация в области охраны
Ключевые понятия и слова : гидросфера; эндогенные воды; фотолиз воды; осмотическое давление; круговорот воды в природе; флотация; биофильтр
7.1 Характеристика гидросферы
Вода – одно из самых удивительных веществ на нашей планете. Мы можем видеть её в твёрдом (снег, лёд), жидком (реки, моря) и газообразном (пары воды в атмосфере) состояниях. Вся живая природа не может обойтись без воды, которая присутствует во всех процессах обмена веществ. Все вещества, поглощаемые растениями из почвы, поступают в них только в растворённом состоянии. Чистой воды в природе нет. Но в экспериментальных условиях чистая вода легко перегревается и переохлаждается, при атмосферном давлении достигнуты температуры +200 и –33 о С.
Вообще вода – инертный универсальный растворитель, то есть растворитель, который не изменяется под воздействием веществ, которые растворяет. Как растворитель вода – диполь – с высоким моментом (1,87), под действием которого межатомные и межмолекулярные силы на поверхности тел, погруженных в воду, ослабевают в 80 раз. Это самый высокий показатель из всех известных соединений, который делает воду самым уникальным растворителем. Например: выпивая стакан воды в день, мы потребляем 0,1г стекла в течение жизни.
Именно в воде когда-то зародилась жизнь на нашей планете. Благодаря мировому океану происходит терморегуляция на нашей планете. Без воды не может жить человек. Наконец, в современном мире вода – один из важнейших факторов, определяющих размещение производственных сил, а очень часто и средств производства. Министерство обороны Англии разработало доктрину, согласно которой в ближайшей перспективе доступ к чистой питьевой воде может стать причиной вооруженных конфликтов.
Гидросфера – водная оболочка Земли, которая вращается вместе с Землёй и представляет собой совокупность океанов, морей, озер, рек, ледяных образований, подземных и атмосферных вод . Гидросфера объединяет все свободные воды, которые могут передвигаться под влиянием солнечной энергии и сил гравитации, переходить из одного состояния в другое. Воды земли находятся в непрерывном движении
7.1.1 Состояние водных ресурсов (по материалам 3 Всемирного водного форума, Киото, март 2003:
Общие запасы воды на Земле составляют около 1400 млн. км 3 . Из этого общего количества 97,5% приходится на соленую воду Мирового океана.
Пригодной для использования человеком является чуть более 2% всей воды, или около 28млн. км 3 . Из этой воды около: 69% приходится на воду в виде снега и льда Антарктики, Арктики и Гренландии; 30% приходится на подземные воды; 0,12% на поверхностные воды рек и озёр.
Пригодной для непосредственного использования приходится 9000 км 3 .
Потребляется 4000 км 3 .
Приток материковых вод в Мировой океан (ежегодно возобновляемые водные ресурсы) составляет 45 тыс. км 3 .
Географическое распределение потребления воды :
- Азия: 55% всей воды.
- Северная Америка: 19%.
- Европа: 9,2%.
- Африка: 4,7%.
- Южная Америка: 3,3%.
- Остальной мир: 8,8%.
По секторам : Сельское хозяйство – 70%, промышленность – 22%, домашнее хозяйство – 8%.
Потребление воды в день на одного человека (с учетом всех секторов хозяйства):
600л в Северной Америки и Японии;
250 – 350л в Европе;
10 –20л в странах около Сахары.
Среднемировой годовой забор воды из рек и подземных источников составляет 600м 3 на человека, из которых 50м 3 представляет питьевая вода или 137 л на человека в день.
Итак, важность воды и гидросферы – водной оболочки Земли, невозможно переоценить. Именно сейчас, когда темпы роста водопотребления огромны, когда некоторые страны уже испытывают острый дефицит пресной воды, особенно остро стоит вопрос снижения загрязнения пресной воды.
Контроль загрязнения атмосферы на территории России осуществляется почти в 350 городах. Система наблюдения включает 1200 станций и охватывает почти все города с населением более 100 тыс. жителей и города с крупными промышленными предприятиями.
Средства защиты атмосферы должны ограничивать наличие вредных веществ в воздухе среды обитания человека на уровне не выше ПДК. Во всех случаях должно соблюдаться условие:
С+сф ПДК(1)
по каждому вредному веществу (сф - фоновая концентрация).
Соблюдение этого требования достигается локализацией вредных веществ в месте их образования, отводом из помещения или от оборудования и рассеиванием в атмосфере. Если при этом концентрации вредных веществ в атмосфере превышают ПДК, то применяют очистку выбросов от вредных веществ в аппаратах очистки, установленных в выпускной системе. Наиболее распространены вентиляционные, технологические и транспортные выпускные системы.
На практике реализуются следующие варианты защиты атмосферного воздуха:
Для соблюдения ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест устанавливают предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ из систем вытяжной вентиляции, различных технологических и энергетических установок.
Аппараты очистки вентиляционных и технологических выбросов в атмосферу делятся на: пылеуловители (сухие, электрические, фильтры, мокрые); туманоуловители (низкоскоростные и высокоскоростные); аппараты для улавливания паров и газов (абсорбционные, хемосорбционные, адсорбционные и нейтрализаторы); аппараты многоступенчатой очистки (уловители пыли и газов, уловители туманов и твердых примесей, многоступенчатые пылеуловители). Их работа характеризуется рядом параметров. Основными из них являются активность очистки, гидравлическое сопротивление и потребляемая мощность.
Эффективность очистки
=(свх - свых)/свх(2)
где свх и свых - массовые концентрации примесей в газе до и после аппарата.
Широкое применение для очистки газов от частиц получили сухие пылеуловители - циклоны различных типов.
Электрическая очистка (электрофильтры) - один из наиболее совершенных видов очистки газов от взвешенных в них частиц пыли и тумана. Этот процесс основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах. Для этого применяют электрофильтры.
Для высокоэффективной очистки выбросов необходимо применять аппараты многоступенчатой очистки. В этом случае очищаемые газы последовательно проходят несколько автономных аппаратов очистки или один агрегат, включающий несколько ступеней очистки.
Такие решения находят применение при высокоэффективной очистке газов от твердых примесей; при одновременной очистке от твердых и газообразных примесей; при очистке от твердых примесей и капельной жидкости и т. п. Многоступенчатую очистку широко применяют в системах очистки воздуха с его последующим возвратом в помещение.
Способы очистки газовых выбросов в атмосферу
Абсорбционный способ очистки газов, осуществляемый в установках-абсорберах, наиболее прост и дает высокую степень очистки, однако требует громоздкого оборудования и очистки поглощающей жидкости. Основан на химических реакциях между газом, например, сернистым ангидридом, и поглощающей суспензией (щелочной раствор: известняк, аммиак, известь). При этом способе на поверхность твердого пористого тела (адсорбента) осаждаются газообразные вредные примеси. Последние могут быть извлечены с помощью десорбции при нагревании водяным паром.
Способ окисления горючих углеродистых вредных веществ в воздухе заключается в сжигании в пламени и образовании СО2 и воды, способ термического окисления - в подогреве и подаче в огневую горелку.
Каталитическое окисление с использованием твердых катализаторов заключается в том, что сернистый ангидрид проходит через катализатор в виде марганцевых составов или серной кислоты.
Для очистки газов методом катализа с использованием реакций восстановления и разложения применяют восстановители (водород, аммиак, углеводороды, монооксид углерода). Нейтрализация оксидов азота NOx достигается применением метана с последующим использованием оксида алюминия для нейтрализации на втором этапе образующегося монооксида углерода.
Перспективен сорбционно-каталитический способ очистки особо токсичных веществ при температурах ниже температуры катализа.
Адсорбционно-окислительный способ также представляется перспективным. Он заключается в физической адсорбции малых количеств вредных компонентов с последующим выдуванием адсорбированного вещества специальным потоком газа в реактор термокаталитического или термического дожигания.
В крупных городах для снижения вредного влияния загрязнения воздуха на человека применяют специальные градостроительные мероприятия: зональную застройку жилых массивов, когда близко к дороге располагают низкие здания, затем - высокие и под их защитой - детские и лечебные учреждения; транспортные развязки без пересечений, озеленение.
Охрана атмосферного воздуха
Атмосферный воздух является одним из основных жизненно важных элементов окружающей среды.
Закон «О6 охране атмосферного воздуха» всесторонне охватывает проблему. Он обобщил требования, выработанные в предшествующие годы и оправдавшие себя на практике. Например, введение правил о запрещении ввода в действие любых производственных объектов (вновь созданных или реконструированных), если они в процессе эксплуатации станут источниками загрязнений или иных отрицательных воздействий на атмосферный воздух. Получили дальнейшее развитие правила о нормировании предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе.
Государственным санитарным законодательством только для атмосферного воздуха были установлены ПДК для большинства химических веществ при изолированном действии и для их комбинаций.
Гигиенические нормативы - это государственное требование к руководителям предприятий. За их выполнением должны следить органы государственного санитарного надзора Министерства здравоохранения и Государственный комитет по экологии.
Большое значение для санитарной охраны атмосферного воздуха имеет выявление новых источников загрязнения воздушной среды, учет проектируемых, строящихся и реконструируемых объектов, загрязняющих атмосферу, контроль за разработкой и реализацией генеральных планов городов, поселков и промышленных узлов в части размещения промышленных предприятий и санитарно-защитных зон.
В Законе «Об охране атмосферного воздуха» предусматриваются требования об установлении нормативов предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Такие нормативы устанавливаются для каждого стационарного источника загрязнения, для каждой модели транспортных и других передвижных средств и установок. Они определяются с таким расчетом, чтобы совокупные вредные выбросы от всех источников загрязнения в данной местности не превышали нормативов ПДК загрязняющих веществ в воздухе. Предельно допустимые выбросы устанавливаются только с учетом предельно допустимых концентраций.
Очень важны требования Закона, относящиеся к применению средств защиты растений, минеральных удобрений и других препаратов. Все законодательные меры составляют систему профилактического характера, направленную на предупреждение загрязнения воздушного бассейна.
Закон предусматривает не только контроль за выполнением его требований, но и ответственность за их нарушение. Специальная статья определяет роль общественных организаций и граждан в осуществлении мероприятий по охране воздушной среды, обязывает их активно содействовать государственным органам в этих вопросах, так как только широкое участие общественности позволит реализовать положения этого закона. Так, в нем сказано, что государство придает большое значение сохранению благоприятного состояния атмосферного воздуха, его восстановлению и улучшению для обеспечения наилучших условий жизни людей - их труда, быта, отдыха и охраны здоровья.
Предприятия или их отдельные здания и сооружения, технологические процессы которых являются источником выделения в атмосферный воздух вредных и неприятно пахнущих веществ, отделяют от жилой застройки санитарно-защитными зонами. Санитарно-защитная зона для предприятий и объектов может быть увеличена при необходимости и надлежащем обосновании не более чем в 3 раза в зависимости от следующих причин: а) эффективности предусмотренных или возможных для осуществления методов очистки выбросов в атмосферу; б) отсутствия способов очистки выбросов; в) размещения жилой застройки при необходимости с подветренной стороны по отношению к предприятию в зоне возможного загрязнения атмосферы; г) розы ветров и других неблагоприятных местных условий (например, частые штили и туманы); д) строительства новых, еще недостаточно изученных вредных в санитарном отношении производств.
Размеры санитарно-защитных зон для отдельных групп или комплексов крупных предприятий химической, нефтеперерабатывающей, металлургической, машиностроительной и других отраслей промышленности, а также тепловых электрических станций с выбросами, создающими большие концентрации различных вредных веществ в атмосферном воздухе и оказывающими особо неблагоприятное влияние на здоровье и санитарно-гигиенические условия жизни населения, устанавливают в каждом конкретном случае по совместному решению Минздрава и Госстроя России.
Для повышения эффективности санитарно-защитных зон на их территории высаживают древесно-кустарниковую и травянистую растительность, снижающую концентрацию промышленной пыли и газов. В санитарно-защитных зонах предприятий, интенсивно загрязняющих атмосферный воздух вредными для растительности газами, следует выращивать наиболее газоустойчивые деревья, кустарники и травы с учетом степени агрессивности и концентрации промышленных выбросов. Особо вредны для растительности выбросы предприятий химической промышленности (сернистый и серный ангидрид, сероводород, серная, азотная, фтористая и бромистая кислоты, хлор, фтор, аммиак и др.), черной и цветной металлургии, угольной и теплоэнергетической промышленности.
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
Защита атмосферы Для атмосферы характерна чрезвычайно высокая динами чность, обусловленная как бы стрым перемещением воздушных масс в латера льном и вертикальном направлениях, так и вы сокими скоростями, разнообр азием протекающих в ней физико-химических реакций. Атмо сфера рассматри вается как огромный «химический котел», который находится под воздейст вием многочисленных и изменчивых антропогенных и природных факторов. Г азы и аэрозоли, выбрасываемые в атмосферу, характеризуются высокой реак ционной способностью. Пыль и сажа, возникающие при сгорании топлива, лес ных пожарах, сорбируют тяжелые ме таллы и радионуклиды и при осаждении н а поверхность могут загрязнить обширные террито рии, проникнуть в орган изм человека через органы дыхания. Загрязнением атмосферы считается прямое или косвенное введени е в нее любого вещества в таком количестве, которое воздействует на каче ство и состав наружного воздуха, нанося вред людям, живой и неживой приро де, экосистемам, строительным материалам, природным ресурсам – всей окр ужающей среде. Очистка воздуха от при месей. Для защиты атмосферы о т негативного антропогенного воздействия используют следующие меры: - экологизацию технологических процессов; - очистку газовых выбросов от вредных примесей; - рассеивание газовых выбросов в атмосфере; - устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решени я. Безотходная и малоотх одная технология Экологизация тех проц ессов – это создание замкнутых технологических циклов, безотходных и м алоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных заг рязняющих веществ. Наиболее надежным и самым экономичным способом охраны биосферы от вред ных газовых выбросов является переход к безотходному производству, или к безотходным технологиям. Термин «безотходная технология» впервые пр едложен академиком Н.Н. Семеновым. Под ним подразумевается создание опти мальных технологических систем с замкнутыми материальными и энергети ческими потоками. Такое производство не должно иметь сточных вод, вредн ых выбросов в атмосферу и твердых отходов и не должно потреблять воду из природных водоемов. То есть понимают принцип организации и функциониро вания производств, при рациональном использовании всех компонентов сы рья и энергии в замкнутом цикле: (первичные сырьевые ресурсы – производство – потреблен ие – вторичные сырьевые ресурсы). Конечно же, понятие «безотходное производство» имеет несколько условн ый характер; это идеальная модель производства, так как в реальных услов иях нельзя полностью ликвидировать отходы и избавиться от влияния прои зводства на окружающую среду. Точнее следует называть такие системы мал оотходными, дающими минимальные выбросы, при которых ущерб природным эк осистемам будет минимален. Малоотходная технология является промежуто чной ступенью при создании безо тходного про изводства. В настоящее время определилось несколько основных направлений охраны биосферы, которые в конечном счете ведут к созданию безотходных техноло гий: 1) разработка и внедрение п ринципиально новых технологических процессов и систем, работающих по з амкнутому циклу, позволяющих исключить образование основного количест ва отходов; 2) переработка отходов производства и потребления в качес тве вторичного сырья; 3) создание территориально-промышленных комплексов с замк нутой структурой материальных потоков сырья и отходов внутри комплекс а. Важность экономного и рационального использования природных р есурсов не требует обоснований. В мире непрерывно растет потребность в с ырье, производство которого обходится всё дороже. Будучи межотраслевой проблемой, разработка малоотходных и безотходных технологий и рациона льное использования вторичных ресурсов требует принятия межотраслевы х решений. Разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем, работающих по замкнутому циклу, позволяющих исключить образов ание основного количества отходов, является основным направлением тех нического прогресса. Очистка газовых выбро сов от вредных примесей Газовые выбросы класс ифицируются по организации отвода и контроля – на организованные и нео рганизованные, по температуре на нагретые и холодные. Организованный выброс – это выброс, поступающий в атмосф еру через специально сооруженные газоходы, воздуховоды, трубы. Неорганизованные называют промышленные выбросы, поступающие в атмосфе ру в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушения герметичн ости оборудования. Отсутствие или неудовлетворительной работы оборудо вания по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки и хранения продукта. Для снижения загрязнения атмосферы от промышленных выбросов использую т системы очистки газов. Под очисткой газов понимают отделение от газа и ли превращение в безвредное состояние загрязняющего вещества, поступа ющего от промышленного источника. Средства защиты атмосферы должны ограничивать налич ие вредных веществ в воздухе среды обитания человека на уровне не выше П ДК. Во всех случаях должно соблюдаться усло вие: С+Сф 30 мкм. Для частиц с d = 5-30 мкм степень очистки снижается до 80%, а при d == 2-5 мкм она составляет менее 40%. Диаметр частиц, ул авливаемых циклоном на 50%, можно опреде лить по эмпирической формуле Гидравлическое сопротивление высокопроизводительных циклонов соста вляет около 1080 Па. Ци клоны широко применяют при грубой и средней очистке газа от аэрозолей. Другим типом центробежного пылеуловителя служит ротоклон, состоящий и з ротора и вентилятора, помещенного в осадительный кожух. Лопасти вентил ятора, вращаясь, направляют пыль в канал, который ведет в приемник пыли. Циклонные аппараты наиболее распространены в промышленности, так как у них отсутствуют движущиеся части в аппарате и высокая надежнос ть работы при температуре газов до 500 0 С, улавл ивание пыли в сухом виде, почти постоянное гидравлическое сопротивлени е аппарата, простота изготовления, высокая степень очистки. Недостатки: высокое гидравлическое сопротивление 1250-1500 Па, плохое улавлив ание частиц размером меньше 5мкм. Для очистки газов используют также фильтры. Фильтрация основана на прохождении очищаемого газа через различные фи льтрующие материалы. Фильтрующие перегородки состоят из волокнистых и ли зернистых элементов и условно подразделяются на следующие типы. Гибкие пористые перегородки – тканевые материалы из природных, синтет ических или минеральных волокон, нетканные волокнистые материалы (войл оки, бумаги, картон) ячеистые листы (губчатая резина, пенополиуретан, мемб ранные фильтры). Фильтрация - весьма распространенный прием тонкой очистки газов. Ее п реимущества - сравн ительная низкая стоимость оборудования (за исключением металлокерамич еских фильтров) и высокая эффективность тонкой очистки. Недостатки филь трации высокое гидравлическое сопротивление и быстрое забивание фильт рующего материала пылью. Очистка выбросов газообразных веществ промышленных пред приятий В настоящее время, когд а безотходная технология находится в периоде становления и полностью б езотходных предприятий еще нет, основной задачей газоочистки служит до ведение содержания токсичных примесей в газовых примесях до предельно допустимых концентраций (ПДК), установленных санитарными нормами. Промышленные способы очистки газовых выбросов от газо- и парообразных т оксичных примесей можно разделить на пять основных групп: 1 Метод абсорбции – заключается в поглощении отде льных компонентов газообразной смеси абсорбентом (поглотителем) в каче стве которого выступает жидкость. Абсорбенты, применяемые в промышленности, оце ниваются по следующим показателям: 1) абсорбционная ем кость, т. е. растворимость извлекаемого компонента в поглотителе в завис имости от температуры и давления; 2) селективность, ха рактеризуемая соотношением растворимостей разделяемых газов и скорос тей их абсорбции; 3) минимальное давл ение паров во избежание загрязнения очищаемого газа парами абсорбента; 4) дешевизна; 5) отсутствие корро зирующего действия на аппаратуру. В качестве абсорбентов применяют воду, растворы аммиака, едких и карбонатных щелоч ей, солей марганца, этаноламины, масла, суспензии гидроксида кальция, окс идов марганца и магния, сульфат магния и др. Например, для очистки газов от аммиака, хлористого и фтористого водорода в качестве абсорбента исполь зуют воду, для улавливания водяных паров – серную кислоту, для улавлива ния ароматических углеводородов – масла. Абсорбционная очистка - непрерывный и, как правило, ц иклический процесс, так как поглощение примесей обычно сопровождается регенерацией поглотительного раствора и его возвращением в начале цик ла очистки. При физической абсорбции регенерацию абсорбента проводят н агреванием и снижением давления, в результате чего происходит десорбци я поглощенной газовой примеси и ее концентрированно. Для реализа ции процесса очистки применяют абсорберы различных конструкций (плено чные, насадочные, трубчатые и др.). Наиболее распространен насадочный скр уббер, применяемый для очистки газов от диоксида серы, сероводорода, хло роводорода, хлора, оксида и диоксида углерода, фенолов и т. д. В насадочных скрубберах скорость массообменных процессов мала из-за малоинтенсивно го гидродинамического режима этих реакторов, работающих при скорости г аза 0,02-0,7 м/с. Объемы ап паратов поэтому велики и установки громоздки. Абсорбционные методы характеризуются непрерывностью и универсальн остью процесса, экономичностью и возможностью извлечения больших коли честв примесей из газов. Недостаток этого метода в том, что насадочные ск рубберы, барботажные и даже пенные аппараты обеспечивают достаточно вы сокую степень извлечения вредных примесей (до ПДК) и полную регенерацию поглотителей только при большом числе ступеней очистки. Поэтому технол огические схемы мокрой очистки, как правило, сложны, многоступенчаты и о чистные реакторы (особенно скрубберы) име ют большие объемы. Любой процесс мокрой абсорбционной очистки выхлопных газов от газо- и парообразных примесей целесообразен только в случае его цикличн ости и безотходности. Но и циклические системы мокрой очистки конкур ентоспособны только тогда, когда они совмещены с пылеочисткой и охлажде нием газа. 2. Метод хемосорбции – основан на поглощении газов и паров твердыми и жид кими поглотителями, в результате чего образуются мало летучие и малорас творимые соединения. Большинство хемосорбционных процессов газоочист ки обратимы, т. е. при повышении температуры поглотительного раствора хи мические соединения, образовавшиеся при хемосорбции, разлагаются с рег енерацией активных компонентов поглотительного раствора и с десорбцие й поглощенной из газа примеси. Этот прием положен в основу регенерации х емосорбентов в циклических системах газоочистки. Хемосорбция в особен ности применима для тонкой очистки газов при сравнительно небольшой на чальной концентрации примесей. 3. Метод адсорбции - основан на улавливании вредных газовых примесей поверхностью твердых тел, высоко пористых материалов, обладающих развитой удельной поверхностью. Адсорбционные методы применяют для различных технологических целей - разделение парогазовых смесей на компоненты с выделени ем фракций, осушка газов и для санитарной очистки газовых выхлопов. В пос леднее время адсорбционные методы выходят на первый план как надежное с редство защиты атмосферы от токсичных газообразных веществ, обеспечив ающее возможность концентрирования и утилизации этих веществ. Промышленные адсорбенты, чаще всего применяемые в газоочистке, - это активированный уго ль, силикагель, алюмогель, природные и синтетические цеолиты (молекулярн ые сита). Основные требования к промышленным сорбентам - высокая поглотительная сп особность, избирательность действия (селективность), термическая устой чивость, длительная служба без изменения структуры и свойств поверхнос ти, возможность легкой регенерации. Чаще всего для санитарной очистки га зов применяют активный уголь благодаря его высокой поглотительной спо собности и легкости регенерации. Известны различные конструкции адсорбентов (вертикальн ые, используемые при малых расходах, горизонтальные, при больших расхода х, кольцевые). Очистку газа осуществляют через неподвижные слои адсорбен та и движущиеся слои. Очищаемый газ проходит адсорбер со скоростью 0,05-0,3 м/с. После очистки ад сорбер переключается на регенерацию. Адсорбционная установка, состоящ ая из нескольких реакторов, работает в целом непрерывно, так как одновре менно одни реакторы находятся на стадии очистки, а другие - на стадиях регенерации, ох лаждения и др. Реген ерацию проводят нагреванием, например выжиганием органических веществ, пропусканием острого или перегретого пара, воздуха, инертного газа (азо та). Иногда адсорбент, потерявший активность (экранированный пылью, смол ой), полностью заменяют. Наиболее перспективны непрерывные циклические процессы адсорбцион ной очистки газов в реакторах с движущимся или взвешенным слоем адсорбе нта, которые характеризуются высокими скоростями газового потока (на по рядок выше, чем в периодических реакторах), высокой производительностью по газу и интенсивностью работы. Общие достоинства адсорбционных методов очистки газов: 1) глубокая очистка газов от токсичных примесей; 2) сравнительная ле гкость регенерации этих примесей с превращением их в товарный продукт и ли возвратом в производство; таким образом осуществляется принцип безо тходной технологии. Адсорбционный метод особенно рационален для удале ния токсических примесей (органических соединений, паров ртути и др.), сод ержащихся в малых концентрациях, т. е. как завершающий этап санитарной оч истки отходящих газов. Недостатки большинства адсорбционных установок - периодичность 4. Метод каталитического окисления – основан на удалении примес ей из очищаемого газа в присутствии катализаторов. Действие катализаторов проявляется в промежуточном химическом взаимодействии катализатора с реагирующими веществами, в р езультате чего образуется промежуточные соединения. В качестве катализаторов применяют металлы и их соединения (оксиды меди, марганца и др.) Катализаторы имеют вид шаров, к олец или другую форму. Особенно широко этот метод используется для очист ки выхлопных газов ДВС. В результате каталитических реакций примеси, находящиес я в газе, превращаются в другие соединения, т. е. в отличие от рассмотренны х методов примеси не извлекаются из газа, а трансформируются в безвред ные соединения, присутстви е которых допустимо в выхлопном газе, либо в соединения, ле гко удаляемые из газового потока. Если образовавшиеся вещества подлежа т удалению, то тре буются дополнительные операции (например, извлечение жидкими или твердыми сорбентами). Каталитические методы получают все большее распространение благодаря глубокой очистке газов от токсичных примесей (до 99,9%) при сравнительно невысоки х температурах и обычном давлении, а также при весьма малых начальных ко нцентрациях примесей. Каталитические методы позволяют утилизировать р еакционную теплоту, т.е. создавать энерготехнологические системы. Устан овки каталитической очистки просты в эксплуатации и ма логабаритны. Недостаток многих процессов каталитической очистки - образование новых веществ, которые подлежат удалению из газа другими методами (абсорбция, адсорбц ия), что усложняет установку и снижает общий экономический эффект. 5.Термический метод заключается в очистке газов перед выбросом в атмосферу путем высокотемпературного дожигания. Термические методы обезвреживания газовых выбросов применимы при высокой концентрации горючих органических загрязнителе й или оксида углерода. Простейший метод - факельное сжигание - возможен, когда концентра ция горючих загрязнителей близка к нижнему пределу воспламенения. В это м случае примеси служат топливом, температура процесса 750- 900 °С и теплоту горения прим есей можно утилизировать. Когда концентрация горючих примесей меньше нижнего предела воспламене ния, то необходимо подводить некоторое количество теплоты извне. Чаще вс его теплоту подводят добавкой горючего газа и его сжиганием в очищаемом газе. Горючие газы проходят систему утилизации теплоты и выбрасываются в атмосферу. Такие энерготехнологические схемы применяют при достаточ но высоком содержании горючих примесей, иначе возрастает расход добавл яемого горючего газа. Рассеивание пылегазовых выбросов в атмосферу. При любом способе очис тке, часть пыли и газов остается в воздухе, выбрасываемом в атмосферу. Рас сеивание газовых выбросов используют для снижения опасных концентраци й примесей до уровня соответствующего ПДК. Используют различные технол огические средства для осуществления процесса рассеивания: трубы, вент иляционные устройства. На процессы рассеивания выбросов существенное влияние оказывает состо яние атмосферы, расположение предприятий и источников выбросов, характ ер местности и т. д. Горизонтальное перемещение примесей определяется в основном скоростью ветра, а вертикальное – распределением температур в вертикальном направлении. При распределении концентрации вредных веществ в атмосфере над факело м организованного высокого источника выброса выделяют 3 зоны загрязнен ия атмосферы: Рис. 1. Переброс факела выбросов, характеризующийся относительно невысоким с одержанием вредных веществ в приземном слое атмосферы. 2. Зона задымления с максимальным содержанием вредных веществ и постепен ное снижение уровня загрязнения. Эта зона является наиболее опасной для населения. Размеры этой зоны в зависимости от метеорологических услови й находятся в пределах 10-49 высоты трубы. 3. Зона постепенного сниж ения уровня загрязнения. При невозможности достигнуть ПДК очисткой иногда при меняют многократное разбавление токсичных веществ или выброс газов че рез высокие дымовые трубы для рассеивания примесей в верхних слоях атмо сферы. Теоретическое определение концентрации примесей в нижних слоях атмосферы в зависимости от высоты трубы и других факторов связано с зако нами турбулентной диффузии в атмосфере и пока разработано не полностью. Высоту трубы, необходимую, чтобы обеспечить ПДК токсичных веществ в нижн их слоях атмосферы, на уровне дыхания, определяют по приближенным формул ам, например: ПДВ = где ПДВ - предельно допустимый выброс вредных примесей в атмосферу, обеспечивающий концен трацию этих веществ в приземном слое воздуха не выше ПДК, г/с; Н - высота трубы, м; V - объем газового выброса, м^с; ∆ t - разность между температурами газового выброса и окружаю щего воздуха, °С; А - коэффициент, определяющий условия вертикального и горизонтального рас сеив ания вредных веществ в воздухе; F - безразмерный к оэффициент, учи тывающий скорость седиментации вредных веществ в атмос фере; т - коэффициент, учитывающий условия выхода газа из устья тр убы, его определяют графически или приближенно по формуле: Метод достижения ПДК с помощью «высоких труб» служит лишь паллиативом, т ак как не предохраняет атмосферу, а лишь переносит загрязнения из одного района в другие. Устройство санитарно-защитных зон Санитарно-з ащитная зона - это полоса, отделяющая источники промышленного загрязнен ия от жилых или общественных зданий для защиты населения от влияния вред ных факторов производства. Ширину санитарно-защитных зон устанавливают в зависимости от класса пр оизводства, степени вредности и количества, выделенных в атмосферу веще ств, и принимают равной от 50 до 1000 м. Санитарно-защитная зона должна быть благоустроена и озеленена. Различают 3 типа зон: Круговые, при полном окружении предприятия жилой застройкой; Секторные, при частичном окружении предприятия жилой застройкой и прим ыкания завода к естественной природной преграде. Трапециидальные, при отрыве предприятия от селитебной зоны. Устройство са н-защитных зон – вспомогательное средство защиты, так как очень дорогос тоящее мероприятие, это увеличение протяженности дорог, коммуникаций и т.д. Архитектур но-планировочные мероприятия включают правильное взаимное размещение источников выброса в населенных пунктах с учетом направления ветра, выб ор под застройку промышленного предприятия ровного возвышенного места, хорошо продуваемого ветрами, сооружение автомобильных дорог в обход на селенных пунктов и др.
