Защита атмосферы

В целях защиты атмосферы от загрязнения применяют следующие экозащитные мероприятия:

– экологизация технологических процессов;

– очистка газовых выбросов от вредных примесей;

– рассеивание газовых выбросов в атмосфере;

– соблюдение нормативов допустимых выбросов вредных веществ;

– устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения и др.

Экологизация технологических процессов – это в первую очередь создание замкнутых технологических циклов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных загрязняющих веществ. Кроме того необходима предварительная очистка топлива или замена его более экологичными видами, применение гидрообеспыливания, рециркуляция газов, перевод различных агрегатов на электроэнергию и др.

Актуальнейшая задача современности – снижение загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автомобилей. В настоящее время ведется активный поиск альтернативного, более «экологически чистого» топлива, чем бензин. Продолжаются разработки двигателей автомобилей, работающих на электроэнергии, солнечной энергии, спирте, водороде и др.

Очистка газовых выбросов от вредных примесей. Нынешний уровень технологий не позволяет добиться полного предотвращения поступления вредных примесей в атмосферу с газовыми выбросами. Поэтому повсеместно используются различные методы очистки отходящих газов от аэрозолей (пыли) и токсичных газо- и парообразных примесей (NО, NО2, SO2, SO3 и др.).

Для очистки выбросов от аэрозолей применяют различные типы устройств в зависимости от степени запыленности воздуха, размеров твердых частиц и требуемого уровня очистки: сухие пылеуловители (циклоны, пылеосадительные камеры), мокрые пылеуловители (скрубберы и др.), фильтры, электрофильтры (каталитические, абсорбционные, адсорбционные) и другие методы для очистки газов от токсичных газо- и парообразных примесей.

Рассеивание газовых примесей в атмосфере – это снижение их опасных концентраций до уровня соответствующего ПДК путем рассеивания пылегазовых выбросов с помощью высоких дымовых труб. Чем выше труба, тем больше ее рассеивающий эффект. К сожалению, этот метод позволяет снизить локальное загрязнение, но при этом проявляется региональное.

Устройство санитарно-защитных зон и архитекгурно-планировочные мероприятия.

Санитарно-защитная зона (СЗЗ) – это полоса, отделяющая источники промышленного загрязнения от жилых или общественных зданий для защиты населения от влияния вредных факторов производства. Ширина этих зон составляет от 50 до 1000 м в зависимости от класса производства, степени вредности и количества выделяемых в атмосферу веществ. При этом граждане, чье жилище оказалось в пределах СЗЗ, защищая свое конституционное право на благоприятную среду, могут требовать либо прекращения экологически опасной деятельности предприятия, либо переселения за счет предприятия за пределы СЗЗ.

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.

Для очистки газов от вредных газообразных примесей используют две группы методов - некаталитические и каталитические. Методы первой группы основаны на выведении примесей из газообразной смеси с помощью жидких абсорберов) и твердых (адсорберов) поглотителей. Методы второй группы заключаются в том, что вредные примеси вступают химическую реакцию и превращаются в безвредные вещества поверхности катализаторов. Еще более сложный и многоступенчатый процесс представляет собой очистка сточных вод.

Все известные методы и средства защиты атмосферы от химических примесей можно объединить в три группы.

В первую группу входят мероприятия, направленные на снижение мощности выбросов, т.е. уменьшение количества выбрасываемого вещества в единицу времени. Во вторую группу входят мероприятия, направленные на защиту атмосферы путем обработки и нейтрализации вредных выбросов специальными системами очистки. В третью группу входят мероприятия по нормированию выбросов как на отдельных предприятиях и устройствах, так и в регионе в целом.

Для снижения мощности выбросов химических примесей в атмосферу наиболее широко используют :

  • - замену менее экологичных видов топлива экологичными;
  • - сжигание топлива по специальной технологии;
  • - создание замкнутых производственных циклов.

Абсорбционные методы очистки отходящих газов подразделяют по следующим признакам:

  • 1) по абсорбируемому компоненту;
  • 2) по типу применяемого абсорбента;
  • 3) по характеру процесса - с циркуляцией и без циркуляции газа;
  • 4) по использованию абсорбента - с регенерацией и возвращением его в цикл (циклические) и без регенерации (не циклические);
  • 5) по использованию улавливаемых компонентов - с рекуперацией и без рекуперации;
  • 6) по типу рекуперируемого продукта;
  • 7) по организации процесса - периодические и непрерывные;
  • 8) по конструктивным типам абсорбционной аппаратуры.

Для физической абсорбции на практике применяют воду, органические растворители, не вступающие в реакцию с извлекаемым газом, и водные растворы этих веществ. При хемосорбции в качестве абсорбента используют водные растворы солей и щелочей, органические вещества и водные суспензии различных веществ.

Выбор метода очистки зависит от многих факторов; концентрации извлекаемого компонента в отходящих газах, объема и температуры газа, содержания примесей, наличия хемосорбентов, возможности использования продуктов рекуперации, требуемой степени очистки. Выбор производят на основании результатов технико-экономических расчетов.

Адсорбционные методы очистки газов используют для удаления из них газообразных и парообразных примесей. Методы основаны на поглощении примесей пористыми телами-адсорбентами. Процессы очистки проводят в периодических или непрерывных адсорберах. Достоинством методов является высокая степень очистки, а недостатком - невозможность очистки запыленных газов.

Каталитические методы очистки основаны на химических превращениях токсичных компонентов в нетоксичные на поверхности твердых катализаторов. Очистке подвергаются газы, не содержащие пыли и катализаторных ядов. Методы используются для очистки газов от оксидов азота, серы, углерода и от органических примесей. Их проводят в реакторах различной конструкции .

В рекуперационной технике наряду с другими методами для улавливания паров летучих растворителей используют методы конденсации и компримирования.

В основе метода конденсации лежит явление уменьшения давления насыщенного пара растворителя при понижении температуры. Смесь паров растворителя с воздухом предварительно охлаждают в теплообменнике, а затем конденсируют. Достоинствами метода являются простота аппаратурного оформления и эксплуатации рекуперационной установки. Однако проведение процесса очистки паровоздушных смесей методом конденсации сильно осложнено, поскольку содержание паров летучих растворителей в этих смесях обычно превышает нижний предел их взрываемости. К недостаткам метода относятся также высокие расходы холодильного агента и электроэнергии и низкий процент конденсации паров (выход) растворителей - обычно не превышает 70-90%. Метод конденсации является рентабельным лишь при содержании паров растворителя в подвергаемом очистке потоке 100 г/м 3 , что существенно ограничивает область применения установок конденсационного типа.

Метод компримирования базируется на том же явлении, что и метод конденсации, но применительно к парам растворителей, находящимся под избыточным давлением. Однако метод компримирования более сложен в аппаратурном оформлении, так как в схеме улавливания паров растворителей необходим компримирующий агрегат. Кроме того, он сохраняет все недостатки, присущие методу конденсации, и не обеспечивает возможность улавливания паров летучих растворителей при их низких концентрациях.

Термические методы (методы прямого сжигания) применяют для обезвреживания газов от легкоокисляемых токсичных, а также дурнопахнущих примесей. Методы основаны на сжигании горючих примесей в топках печей или факельных горелках. Преимуществом метода является простота аппаратуры, универсальность использования. Недостатки: дополнительный расход топлива при сжигании низкоконцентрированных газов, а также необходимость дополнительной абсорбционной или адсорбционной очистки газов после сжигания.

Следует отметить, что сложный химический состав выбросов и высокие концентрации токсичных компонентов заранее предопределяют многоступенчатые схемы очистки, представляющие собой комбинацию разных методов .

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.

  1. Методы очистки от загрязняющих веществ промышленных выбросов:
    • Гравитация. Применяется для осаждения крупных пылевых частиц.
    • Фильтрование. Подходит для отделения веществ в твердом агрегатном состоянии с различным диаметром частиц, происходит в специальных аппаратах: циклонах, скрубберах, фильтрах, пылеосадителях.
    • Сорбция. Применяется для очистки выбросов от жидких и газообразных веществ. Заключается в поглощении специальными веществами молекул загрязнителей. Проводится в адсорберах или абсорберах.
    • Конденсация. Применяется для отделения жидких или газообразных загрязнителей. Проводится в специальных реакторах или конденсаторах.
    • Окисление-восстановление. Метод подходит для обезвреживания веществ в различных агрегатных состояниях путем их химического превращения в безопасные. Проводится в специальных реакторах под действием катализаторов или в горелках для термического превращения.
  2. Защита атмосферы от выхлопных газов транспорта :
    • Изменение качества или вида топлива, например, перевод автомобилей на сжиженный газ, спирт и т.д.
    • Установка каталитических, пламенных или жидкостных нейтрализаторов на выхлопную систему автомобилей.
    • Переход на электромобили.
  3. Защита атмосферы от загрязняющих веществ животноводческих комплексов :
    • физико-химические методы, улавливание и нейтрализация вредных веществ происходит в различных фильтрах, скрубберах, пылеосадительных камерах;
    • биологические - извлечение из воздуха углекислого газа и сероводорода с помощью специально выращиваемых растений.
  4. Способы снижения загрязнения воздуха от твердотопливных печей :
    • использование современных каталитических и некаталитических печей, устройство которых способствует полному сгоранию топлива и дожиг дымовых газов;
    • использовать для отопления пеллеты или топливные брикеты, при сгорании которых образуется почти вдвое меньше вредных веществ, чем от угля или дров;
    • переход на газовое или электрическое отопление.
  1. Атмосфера
  2. Контроль газовых смесей
  3. Парниковый эффект
  4. Киотский протокол
  5. Средства защиты
  6. Защита атмосферы
  7. Средства защиты
  8. Сухие пылеуловители
  9. Мокрые пылеуловители
  10. Фильтры
  11. Электрофильтры

Атмосфера

Атмосфера - газовая оболочка небесного тела, удерживаемая около него гравитацией.

Глубина атмосферы некоторых планет, состоящих в основном из газов (газовые планеты), может быть очень большой.

Атмосфера Земли содержит кислород, используемый большинством живых организмов для дыхания, и диоксид углерода потребляемый растениями, водорослями и цианобактериями в процессе фотосинтеза.

Атмосфера также является защитным слоем планеты, защищая её обитателей от солнечного ультрафиолетового излучения.

Основные загрязнители атмосферного воздуха

Основными загрязнителями атмосферного воздуха, образующимися как в процессе хозяйственной деятельности человека, так и в результате природных процессов, являются:

  • диоксид серы SO2,
  • диоксид углерода CO2,
  • оксиды азота NOx,
  • твердые частицы – аэрозоли.

Доля этих загрязнителей составляет 98% в общем объеме выбросов вредных веществ.

Помимо этих основных загрязнителей, в атмосфере наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ: формальдегид, фенол, бензол, соединения свинца и других тяжелых металлов, аммиак, сероуглерод и др.

Основные загрязнители атмосферы

Источники загрязнения атмосферы проявляются практически во всех видах хозяйственной деятельности человека. Их можно разделить на группы стационарных и подвижных объектов.

К первым относятся промышленные, сельскохозяйственные и другие предприятия, ко вторым - средства наземного, водного и воздушного транспорта.

Среди предприятий наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят:

  • теплоэнергетические объекты (тепловые электрические станции, отопительные и производственные котельные агрегаты);
  • металлургические, химические и нефтехимические заводы.

Загрязнение атмосферы и контроль ее качества

Контроль атмосферного воздуха осуществляется с целью установления соответствия его состава и содержания компонентов требованиям охраны окружающей среды и здоровья человека.

Контролю подлежат все источники образования загрязнений, поступающих в атмосферу, их рабочие зоны, а также зоны влияния этих источников на окружающую среду (воздух населенных пунктов, мест отдыха и др.)

Комплексный контроль качества включает следующие измерения:

  • химический состав атмосферного воздуха по ряду наиболее важных и значимых компонентов;
  • химический состав атмосферных осадков и снежного покрова
  • химический состав пылевых загрязнений;
  • химический состав жидкофазных загрязнений;
  • содержание в приземном слое атмосферы отдельных компонентов газовых, жидкофазных и твердофазных загрязнений (в том числе токсических, биологических и радиоактивных);
  • радиационный фон;
  • температура, давление, влажность атмосферного воздуха;
  • направление и скорость ветра в приземном слое и на уровне флюгера.

Данные этих измерений позволяют не только оперативно оценивать состояние атмосферы, но и прогнозировать неблагоприятные метеорологические условия.

Контроль газовых смесей

Контроль состава газовых смесей и содержания в них примесей основан на сочетании качественного и количественного анализа. При качественном анализе выявляют присутствие в атмосфере специфических особо опасных примесей без определения их содержания.

Применяют органолептический, индикаторный методы и метод тест-проб. Органолептическое определение основано на способности человека узнавать запах специфического вещества (хлор, аммиак, сера и др.), изменение окраски воздуха, чувствовать раздражающее действие примесей.

Экологические последствия загрязнения атмосферы

К важнейшим экологическим последствиям глобального загрязнения атмосферы относятся:

  • возможное потепление климата (парниковый эффект);
  • нарушение озонового слоя;
  • выпадение кислотных дождей;
  • ухудшение здоровья.

Парниковый эффект

Парниковый эффект – это повышение температуры нижних слоев атмосферы Земли по сравнению с эффективной температурой,т.е. температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса.

Киотский протокол

В декабре 1997 г. на встрече в Киото (Япония), посвященной глобальному изменению климата, делегатами из более чем 160 стран была принята конвенция, обязывающая развитые страны сократить выбросы СО2. Киотский протокол обязывает 38 индустриально развитых стран сократить к 2008–2012 г.г. выбросы СО2 на 5 % от уровня 1990 г.:

  • Европейский союз должен сократить выбросы СО2 и других тепличных газов на 8 %,
  • США – на 7%,
  • Япония – на 6 %.

Средства защиты

Основными путями снижения и полной ликвидации загрязнения атмосферы служат:

  • разработка и внедрение очистных фильтров на предприятиях,
  • использование экологически безопасных источников энергии,
  • использование безотходной технологии производства,
  • борьба с выхлопными газами автомобилей,
  • озеленение городов и поселков.

Очистка промышленных отходов не только предохраняет атмосферу от загрязнений, но и дает дополнительное сырье и прибыли предприятиям.

Защита атмосферы

Один из способов предохранения атмосферы от загрязнения - переход на новые экологически безопасные источники энергии. Например, строительство электростанций, использующих энергию приливов и отливов, тепло недр, применение гелиоустановок и ветряных двигателей для получения электроэнергии.

В 1980-е годы перспективным источником энергии считались атомные электростанции (АЭС). После чернобыльской катастрофы число сторонников широкого использования атомной энергии уменьшилось. Эта авария показала, что атомные электростанции требуют повышенного внимания к системам их безопасности. Альтернативным источником энергии академик А. Л. Яншин, например, считает газ, которого в России в перспективе можно добывать около 300 трлн кубометров.

Средства защиты

  • Очистка технологических газовых выбросов от вредных примесей.
  • Рассеивание газовых выбросов в атмосфере. Рассеивание осуществляется с помощью высоких дымовых труб (высотой более 300 м). Это временное, вынужденное мероприятие, которое осуществляется вследствие того, что существующие очистные сооружения не обеспечивают полной очистки выбросов от вредных веществ.
  • Устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения.

Санитарно-защитная зона (СЗЗ) – это полоса, отделяющая источники промышленного загрязнения от жилых или общественных зданий для защиты населения от влияния вредных факторов производства. Ширина СЗЗ устанавливается в зависимости от класса производства, степени вредности и количества выделенных в атмосферу веществ (50–1000 м).

Архитектурно-планировочные решения – правильное взаимное размещение источников выбросов и населенных мест с учетом направления ветров, сооружение автомобильных дорог в обход населенных пунктов и др.

Оборудование для очистки выбросов

  • устройства для очистки газовых выбросов от аэрозолей (пыли, золы, сажи);
  • устройства для очистки выбросов от газо- и парообразных примесей (NO, NO2, SO2, SO3 и др.)

Сухие пылеуловители

Сухие пылеуловители предназначены для грубой механической очистки от крупной и тяжелой пыли. Принцип работы – оседание частиц под действием центробежной силы и силы тяжести. Широкое распространение получили циклоны различных видов: одиночные, групповые, батарейные.

Мокрые пылеуловители

Мокрые пылеуловители характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсной пыли размером до 2 мкм. Работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель под действием сил инерции или броуновского движения.

Запыленный газовый поток по патрубку 1 направляется на зеркало жидкости 2, на котором осаждаются наиболее крупные частицы пыли. Затем газ поднимается навстречу потоку капель жидкости, подаваемой через форсунки, где происходит очистка от мелких частиц пыли.

Фильтры

Предназначены для тонкой очистки газов за счет осаждения частиц пыли (до 0,05 мкм) на поверхности пористых фильтрующих перегородок.

По типу фильтрующей загрузки различают тканевые фильтры (ткань, войлок, губчатая резина) и зернистые.

Выбор фильтрующего материала определяется требованиями к очистке и условиями работы: степень очистки, температура, агрессивность газов, влажность, количество и размер пыли и т.д.

Электрофильтры

Электрофильтры – эффективный способ очистки от взвешенных частиц пыли (0,01 мкм), от масляного тумана.

Принцип действия основан на ионизации и осаждении частиц в электрическом поле. У поверхности коронирующего электрода происходит ионизация пылегазового потока. Приобретая отрицательный заряд, частицы пыли движутся к осадительному электроду, имеющему знак, противоположный заряду коронирующего электрода. По мере накопления на электродах частицы пыли падают под действием силы тяжести в сборник пыли или удаляются встряхиванием.

Способы очистки от газо- и парообразных примесей

Очистка от примесей путем каталитического превращения. С помощью этого метода превращают токсичные компоненты промышленных выбросов в безвредные или менее вредные вещества путем введения в систему катализаторов (Pt, Pd, Vd):

  • каталитическое дожигание СО до СО2;
  • восстановление NОx до N2.

Абсорбционный метод основан на поглощении вредных газообразных примесей жидким поглотителем (абсорбентом). В качестве абсорбента, например, используют воду для улавливания таких газов как NH3, HF, HCl.

Адсорбционный метод позволяет извлекать вредные компоненты из промышленных выбросов с помощью адсорбентов – твердых тел с ультрамикроскопической структурой (активированный уголь, цеолиты, Al2O3.