Главная→Клубника→Принципы защиты атмосферы от загрязнений. Способы и средства защиты атмосферы и оценка их эффективности. Контрольная работа по дисциплине

Принципы защиты атмосферы от загрязнений. Способы и средства защиты атмосферы и оценка их эффективности. Контрольная работа по дисциплине

Атмосфера является одним из необходимых условий возникновения и существования жизни на Земле. Она участвует в формировании климата на планете, регулирует ее тепловой режим, способствует перераспределению тепла у поверхности. Часть лучистой энергии Солнца поглощает атмосфера, а остальная энергия, достигая поверхности Земли, частично уходит в почву, водоемы, а частично отражается в атмосферу.

В современном состоянии атмосфера существует сотни миллионов лет, все живое приспособлено к строго определенному ее составу. Газовая оболочка защищает живые организмы от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей. Атмосфера предохраняет Землю от падения метеоритов. В атмосфере распределяются и рассеиваются солнечные лучи, что создает равномерное освещение. Она являйся средой, где распространяется звук. Из-за действия гравитационных сил атмосфера не рассеивается в мировом пространстве, а окружает Землю, вращается вместе с ней.

Основной (по массе) компонент воздуха -- азот. В нижних слоях атмосферы его содержание составляет 78,09%. Самый активный в биосферных процессах газ атмосферы -- кислород. Содержание его в атмосфере составляет около 20,94%. Важная составляющая часть атмосферы -- диоксид углерода (СО 2), который составляет 0,03% ее объема. Он существенно влияет на погоду и климат на Земле. Содержание диоксида углерода в атмосфере не постоянно. Он поступает в атмосферу из вулканов, горячих ключей, при дыхании человека и животных, при лесных пожарах, потребляете растениями, хорошо растворяется в воде. Количество растворенного углекислого газа в океане 1,3 10 14 т.

В небольших количествах в атмосфере содержится оксид углерода (СО). Инертных газов, таких как аргон, геля криптон, ксенон, также немного. Из них больше всего- аргона -- 0,934%. В состав атмосферы входят также водород и метан. Инертные газы попадают в атмосферу в процессе непрерывного естественного радиоактивного распада урана, тория, радона.

В верхних слоях стратосферы расположен в небольшой концентрации озон. Поэтому эту часть атмосферы часть называют озоновым экраном. Общее содержание озона в атмосфере невелико -- 2,10%, но он отражает до 5% ультрафиолетовых лучей, что предохраняет живые организмы от их губительного действия. Задерживая до 20% инфракрасных излучений, достигающих Земли, озон повышает утепляющие действия атмосферы. На формирование озонового экрана влияет наличие в стратосфере хлора, оксидов азота, водорода, фтора, брома, метана, обеспечивающих фотохимические реакции разрушения озона.

Помимо газов в атмосфере имеются вода и аэрозоли. В атмосфере вода находится в твердом (лед, снег),жидком (капли) и газообразном (пар) состоянии. При конденсации водяных паров образуются облака. Полное обновление водяных паров в атмосфере происходит за 9--10 суток.

В атмосфере также встречаются вещества и в ионном состоянии - до нескольких десятков тысяч в 1 см 3 воздуха.

Загрязнителем атмосферы может быть любой физический агент, химическое вещество или биологический вид (в основном микроорганизмы), попадающие в окружающую среду, или образующиеся в ней в количестве выше естественных.

Под атмосферным загрязнением понимают присутствие в воздухе газов, паров, частиц, твердых и жидких веществ, тепла, колебаний, излучений, которые неблагоприятно влияет на человека, животных, растения, климат, материалы, здания и сооружения.

По происхождению загрязнения делят на природные, вызванные естественными, часто аномальными процессами в природе, и антропогенные, связанные с деятельностью человека.

Загрязнители атмосферы разделяют на механические, физические и биологические.

Механические загрязнения - пыль, зола, фосфаты, свинец, ртуть. Их источники - вулканические извержения, пылевые бури, лесные пожары, Они образуются при сжигании органического топлива и в процессе производства строительных материалов, которое дает до 10% всех загрязнений. Большое количество загрязнений поступает в атмосферу при работе цементной промышленности, при добыче и обработке асбеста, работе металлургических заводов и др.

К физическим загрязнениям относят тепловые (поступление в атмосферу нагретых газов); световые (ухудшение естественной освещенности местности под воздействием искусственных источников света); шумовые (как следствие антропогенных шумов); электромагнитные (от линий электропередач, радио и телевидения, работы промышленщ установок); радиоактивные, связанные с повышением уровнем поступления радиоактивных веществ в атмосферу.

Биологические загрязнения в основном являются следствием размножения микроорганизмов и антропогенной, деятельности (теплоэнергетика, промышленность, транспорт, действия вооруженных сил).

Самыми распространенными токсичными веществам загрязняющими атмосферу, являются оксид углерода СО, диоксид серы SO 2 оксид азота N0 2 , углекислый газ CO 2 , углеводороды СН и пыль.

Основной загрязнитель атмосферы оксидом углерода - транспортно-дорожный комплекс. Из 35 млн тонн вредных выбросов комплекса - 89% приходится на выбросы автомобильного транспорта и дорожно-строительного комплекса. На долю автомобилей приходится 25% сжигаемого топлива, один автомобиль за время своего существования выбрасывает до 10 т СО; (всего в мире около 700 млн автомобилей). Отработанные газы содержат более 200 вредных соединений, в том числе и канцерогенных.

Нефтепродукты, продукты износа шин и тормозных накладок, сыпучие и пылящие грузы, хлориды, используемые в качестве антиобледенителей дорожных покрытий, загрязняют придорожные полосы и водные объекты.

Существенное значение имеет загрязнение атмосферы асфальтобетонными заводами, так как выбросы этих предприятий содержат канцерогенные вещества. Эксплуатируемые в настоящее время в России асфальтосмесительные установки разной мощности выбрасывают в атмосферу от 70 до 300 тыс. т взвешенных веществ в год. Выборочное обследование показало, что очистное оборудование ни на одной из них не работает эффективно вследствие конструктивного несовершенства, неудовлетворительного технического состояния и неполного проведения регламентного обслуживания. На подвижных дорожных объектах, обеспечивающих строительство, ремонт и содержание дорог общего пользования, ежегодно выбрасывается 450 тыс.т пыли, сажи и других вредных веществ.

Значительным поставщиком оксида углерода, пыли, сажи является металлургическая промышленность (оксида углерода около 2,2 млн тонн), энергетические комплексы (пыли около 2 млн тонн), цветная металлургия более 300 тыс тонн СО и почти столько же пыли, нефтедобывающая промышленность (600 тыс тонн СО)

Оксид углерода препятствует переносу кислорода, отчего наступает кислородное голодание организма. Продолжительное вдыхание оксида углерода может оказаться смертельным для человека.

Пыль. Загрязняющие вещества проникают в организм через органы дыхания. Суточный объем вдыхаемого воздуха для одного человека составляет 6--12 м 3 . При нормальном дыхании с каждым вдохом в организм человека поступает от 0,5 до 2 л воздуха.

Вредные воздействия разнообразных и пылевидных промышленных выбросов на человека определяются количеством загрязняющих веществ, поступающих в организм, их состоянием, составом и временем воздействия.

Наличие пыли в атмосфере, помимо вышеуказанных отрицательных последствий, уменьшает поступление к поверхности Земли ультрафиолетовых лучей. Наиболее сильное влияние загрязнений на здоровье человека проявляется в период смогов. В это время ухудшается самочувствие людей, резко возрастает число легочных и сердечно-сосудистых заболеваний, возникают эпидемии гриппа.

Диоксид серы, серный ангидрид и другие серные соединения поражают дыхательные пути. Основными их поставщиками являются черная (300 тыс тонн) и цветная металлургия (более 1 млн тонн), газовая промышленность и нефтеперерабатывающая промышленность, энергетика (до 2, 4 млн тонн).

Растворение диоксида серы в атмосферной влаге приводит к кислотным дождям, которые воздействуют на леса, почвы, здоровье человека. Особенно распространены кислотные дожди в районах Южной Канады, Северной Европы, на Урале, прежде всего в районе Норильска.

Загрязнение атмосферы промышленными выбросами существенно усиливает эффект коррозии. Кислотные газы способствуют коррозии стальных конструкций и материалов. Диоксид серы, оксиды азота, гидрохлорид при соединении с водой образуют кислоты, усиливая химическую и электрохимическую коррозию, разрушают органические материалы (резину, пластмассы, красители). На стальные конструкции отрицательно действуют озон и хлор. Даже незначительное содержание нитратов в атмосфере вызывает коррозию меди и латуни.

Аналогично действуют и кислотные дожди: снижают плодородие почв, отрицательно воздействуют на флору и фауну, сокращают сроки службы- электрохимических покрытий, особенно хромоникелевы красок, снижается надежность работы машин и механизмов, под угрозой находятся более 100 тыс. используемых видов цветного стекла.

Разрушительное воздействие промышленных загрязнений зависит от вида вещества. Хлор наносит урон органам зрения и дыхания. Фториды, попадая в организм человека через пищеварительный тракт, вымывают кальций из костей и снижают содержание его в крови. Опасны для вдыхания пары или соединения тяжелых металлов. Вредны для здоровья соединения бериллия.

Опасны даже в малых концентрациях в атмосфере альдегиды. Альдегиды оказывают раздражающее воздействие на органы зрения и обоняния, являются наркотиками, разрушающими нервную систему.

Атмосферные загрязнения могут оказывать на здоровье человека малое влияние, но могут привести к полной интоксикации организма.

Одной из серьезных проблем, связанных с загрязнением атмосферы, является возможное изменение климата от воздействия антропогенных факторов, которые вызывают непосредственное воздействие на состояние атмосферы, связанное с повышением или понижением температуры и влажности воздуха.

Экологи предупреждают, что если не удастся уменьшить выброс в атмосферу углекислого газа, то нашу планету ожидает катастрофа, связанная с повышением температуры вследствие так называемого парникового эффекта. Сущность этого явления заключается в том, что ультрафиолетовое солнечное излучение достаточно свободно проходит через атмосферу с повышенным содержанием СО 2 и метана СН 4 . Отражающиеся от поверхности инфракрасные лучи задерживаются атмосферой с повышенным содержанием СО 2 , что приводит к повышению температуры, а следовательно, и к изменению климата. Анализ наблюдений за последние 100 лет свидетельствует, что самыми тяжелыми были 1980, 1981, 1983, 1987 и 1988 гг.

В Северном полушарии поверхностная температура в настоящее время на 0,4 0С выше, чем в 1950--1980 гг. В будущем предполагается дальнейший рост температуры, например на 2--4 0 С к 2050 г.

Поэтому за счет таяния ледников и полярных льдов в ближайшие 25 лет ожидается повышение уровня Мирового океана на 10 см.

Уже в начале XXI в. ученые прогнозируют повсеместные цунами, тайфуны, наводнения. А в XXII в. потепление составит 5...10°С и станет необратимым, возможно, вызвав последний великий потоп. Таким образом, те изменения климата, которые были малозаметны в XX в., могут стать гибельными для человечества в XXII в.

Колебания климата влияют на состояние и жизнедеятельность человека. При изменении температуры воздуха и осадков изменяются распределения водных ресурсов, условия развития человеческого организма.

К антропогенным процессам относится и разрушение озонового слоя Земли. Озоновый слой, максимум концентрации которого находится на высоте 10...25 км в тропосфере, предохраняет жизнь на Земле от смертельных ультрафиолетовых излучений. Разрушают его оксиды азота, особенно хлор-фторуглероды, которые в природных системах практически отсутствуют, но человек усиленно добавляет их в атмосферу:

Работой холодильников на фреоне и аэрозольных установках;

Выделением N0 в результате разложения минеральных удобрений;

Полетами самолетов на большой высоте и запусками ракетоносителей спутников (выброс оксидов азота и паров воды);

Ядерными взрывами (образования оксидов азота);

Процессами, способствующими проникновению в стратосферу соединений хлора антропогенного происхождения.

Изменение толщины озонового слоя всего на 1% увеличивает интенсивность ультрафиолетового излучения на 2%, а риск заболеваний раком кожи - на З...6%. Ультрафиолетовое излучение особо воздействует на фитопланктон, расположенный в поверхностном слое Мирового океана, а также на культурные растения. Масштабы уничтожения озонового слоя таковы, что над некоторыми регионами, например Австралией, Антарктидой и др., образовались озоновые дыры; тенденция к уменьшению слоя озона фиксируется для всех географических районов Земли.

Загрязнения атмосферы вредно сказываются и на растениях. Разные газы оказывают различное влияние на растения, причем восприимчивость растений к одним и тем же газам неодинакова. Наиболее вредны для них сернистый газ, фтористый водород, озон, хлор, диоксид азота, соляная кислота.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что если даже не учитывать других факторов, таких как загрязнение воды и почвы в атмосфере имеется достаточно вредных веществ, концентрацию которых необходимо контролировать.

Наибольшая загрязненность наблюдается в индустриальных регионах: около 90% выбросов вредных веществ (ВВ) приходится на 10% территории суши (Северная Америка, Европа, Восточная Азия), особенно на крупные города, где по многим ВВ превышены предельно допустимые концентрации. Примерно 20% человечества дышит воздухом, в котором концентрация ВВ превышает предельно допустимые концентрации.

Химическая нагрузка на одного жителя России за время жизни (60 лет)

Химическая нагрузка - общее количество вредных и токсичных веществ, которые попадают в организм человека за время его жизни.

В нашей стране впервые были разработаны и внедрены с 1939 года в практику природоохранной деятельности нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ в воздухе населенных пунктов, исходя из гигиенических требований. В действующие нормативы включены болеее 2500 различных веществ, которые могут содержаться в продуктах питания, воздухе почве, воде. Они периодически пересматриваются и в настоящее время мы используем санитарные нормы СН 245-71.

ПДК - это максимальная концентрация примеси в атмосфере, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает вредного воздействия, включая отдаленные последствия, а также не оказывает вредного воздействия на окружающую среду. Эта величина носит законодательный характер. В РФ ПДК соответствует самым низким значениям, которые рекомендованы ВОЗ. Устанавливаются два значения: максимальная разовая в пределах 20 - 30 минут и среднесуточная величина ПДК.

Максимальная разовая доза ПДК не должна приводить к неприятным рефлекторным реакциям человеческого организма (насморк, неприятный запах), а среднесуточная - к токсичному, канцерогенному и мутагенному воздействию.

Для регулирования выбросов ВВ в биосферу используются индивидуальные для каждого вещества и предприятия нормы предельно допустимых выбросов (ПДВ), которые учитывают количество источников высоту их расположения, распределение выбросов во времени и в пространстве и другие факторы (ГОСТ 17.2.3.02-78)

ПДВ - предельное количество вредного вещества, разрешаемое к выбросу от данного источника, которое не создает концентрацию около Земли, опасную для людей, животного и растительного мира

Значение ПДВ (г/с) для продуктов сгорания рассчитывается по следующей формуле

Для нагретого выброса:

ПДВ= ПДК (/A F m n.

Для холодного выброса:

ПДВ= 8ПДК.

Если несколько источников выбросов:

где V c - суммарный объемный раствор газовой смеси

Vc =V1+ V2 + V3…

V 1 - объем газа выбрасываемый каждым источником. (м 3 /с);

Н - высота источника выброса над поверхностью(м);

ДТ - разность температур выбрасываемого газа и воздуха (градус С)

А -коэффициент, зависящий от температурного градиента атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ;

F - коэффициент скорости оседания вредных веществ в воздухе;

m,n - коэффициенты, учитывающие условия выхода газовой смеси из устья источника;

D - диаметр устья источника.

Методика расчета ПДВ изложена в СН 369 -74. При расчете учитываются фоновые концентрации вредных веществ в воздухе С ф и концентрация от источников загрязнений С, сумма которых должна быть меньше или равна ПДК:

ПДК?С +С ф

При совместном присутствии в воздухе нескольких веществ с разными ПДК и разными концентрациями суммарная концентрация должна удовлетворять следующему соотношению:

В соответствии с ГОСТ 17.2.3.02-78 для каждого промышленного предприятия устанавливается ПДВ вредных веществ в атмосферу при условии, что выбросы ВВ от данного источника в совокупности с другими источниками не создадут концентрацию превышающую ПДК.

Соблюдение этих требований достигается локализацией вредных веществ в месте их образования, отводом из помещения или оборудования, а также рассеиванием а атмосфере. Если при этом концентрация выбросов вредных веществ в атмосфере превышает ПДК, то применяют очистку выбросов от вредных веществ в аппаратах очистки, установленных в выпускной системе. Наиболее распространены вентиляционные, технологические и транспортные выпускные системы.

2 .2.1 Средства защиты атмосферы

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. В этом случае применяют топливо с более низким баллом загрязнения атмосферы.

Сжигание топлива по специальной технологии. Осуществляется либо в кипящем (псевдоожиженном) слое, либо предварительной их газификацией.

Создание замкнутых производственных циклов. Одним из перспективных способов защиты атмосферы от химических примесей является внедрение замкнутых производственных процессов, которые сводят к минимуму выбрасываемые в атмосферу отходы, вторично используя их и потребляя, т. е. превращая их в новые продукты.

Классификация систем очистки воздуха и их параметры. По агрегатному состоянию загрязнители воздуха подразделяются на пыли, туманы и газопарообразные примеси. Промышленные выбросы, содержащие взвешенные твердые или жидкие частицы, представляют собой двухфазные системы.

Системы очистки воздуха от пыли делятся на 4 основные группы: сухие и мокрые пылеуловители, электрофильтры и фильтры. При повышенном содержании пыли используют пылеуловители и электрофильтры. Фильтры применяют для тонкой очистки воздуха с концентрацией примесей менее 100 мг/м 3 .

Для очистки воздуха от газообразных примесей применяются следующие методы.

Метод абсорбции заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора.

Состав абсорбента выбирается из условия растворения в нем поглощаемого газа. Например, для удаления из технологических выбросов таких газов как аммиак, хлористый водород используют в качестве поглотителя воду. Для улавливания водяных паров используют серную кислоту, а ароматических углеводородов (из коксового газа) - вязкие масла.

Метод хемосорбции основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием химических соединений. Реакции хемосорбции экзотермические.

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых пористых материалов селективно извлекать из газовоздушной смеси отдельные ее компоненты. Широко известный пример адсорбента с ультрамикроскопической структурой - активированный уголь.

При каталитическом методе токсичные компоненты газовоздушной смеси, взаимодействуя со специальным веществом - катализатором, превращаются в безвредные вещества. В качестве катализаторов используются металлы или их соединения (платина, оксиды меди и марганца и пр.). Катализатор, выполняемый в виде шаров, колец или спиральной проволоки, играет роль ускорителя химического процесса.

Термический метод или высокотемпературное дожигание, который иногда называют термической нейтрализацией, требует поддержания высоких температур очищаемого газа и наличия достаточного количества кислорода. В термических катализаторах сжигаются такие газы, как, например, углеводороды, оксид углерода, выбросы лакокрасочного производства.

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.

Архитектурно-планировочные мероприятия включают правильное взаимное размещение источников выброса и населенных мест с учетом направления ветров, выбор под застройку промышленного предприятия ровного возвышенного места, хорошо продуваемого ветрами и т. д.

Предыдущие материалы:

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.

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 .

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

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.

В первом случае применяют топливо с более низким баллом загрязнения атмосферы. При сжигании различных топлив такие показатели, как зольность, количество диоксида серы и оксидов азота в выбросах, могут сильно различаться между собой, поэтому введен суммарный показатель загрязнения атмосферы в баллах, который отражает степень вредного воздействия на человека. Так, для сланцев он равен 3,16, подмосковного угля - 2,02, экибастузского угля - 1,85, березовского угля - 0,50, природного газа - 0,04.

Сжигание топлива по особой технологии (рис. 4.2) осуществляется либо в кипящем (псевдоожиженном) слое, либо предварительной их газификацией.

Для уменьшения мощности выброса серы твердое, порошкообразное или жидкое топливо сжигают в кипящем слое, который формируется из твердых частиц золы, песка или других веществ (инертных или реакционно-способных). Твердые частицы вдуваются в проходящие газы, где они завихряются, интенсивно перемешиваются и образуют принудительно равновесный поток, который в целом обладает свойствами жидкости.

Рис. 4.2. Схема тепловой электростанции с использованием дожигания топочных газов и впрыскиванием сорбента: 1 - паровая турбина; 2 - горелка; 3 - бойлер; 4 - электроосадитель; 5 - генератор

Предварительной газификации подвергаются уголь и нефтяные топлива, однако на практике чаще всего применяют газификацию угля. Поскольку в энергетических установках получаемый и отходящий газы могут быть эффективно очищены, то концентрации диоксида серы и твердых частиц в их выбросах будут минимальными.

Одним из перспективных способов защиты атмосферы от химических примесей является внедрение замкнутых производственных процессов, которые сводят к минимуму выбрасываемые в атмосферу отходы, вторично используя их и потребляя, т. е. превращая их в новые продукты.

Классификация систем очистки воздуха и их параметры

По агрегатному состоянию загрязнители воздуха подразделяются на пыли, туманы и газопарообразные примеси. Промышленные выбросы, содержащие взвешенные твердые или жидкие частицы, представляют собой двухфазные системы. Сплошной фазой в системе являются газы, а дисперсной - твердые частицы или капельки жидкости.

Системы очистки воздуха от пыли (рис. 4.3) делятся на четыре основные группы: сухие и мокрые пылеуловители, а также электрофильтры и фильтры.

Рис. 4.3. Системы и методы очистки вредных выбросов

При повышенном содержании пыли в воздухе используют пылеуловители и электрофильтры. Фильтры применяют для тонкой очистки воздуха с концентрацией примесей менее 100 мг/м 3 .

Для очистки воздуха от туманов (например, кислот, щелочей, масел и др. жидкостей) используют системы фильтров, называемых туманоуловителями.

Средства защиты воздуха от газопарообразных примесей зависят от выбранного метода очистки. По характеру протекания физико-химических процессов выделяют метод абсорбции (промывка выбросов растворителями примеси), хемосорбции (промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически), адсорбции (поглощение газообразных примесей за счет катализаторов) и термической нейтрализации. Все процессы извлечения из воздуха взвешенных частиц включают, как правило, две операции: осаждение частиц пыли или капель жидкости на сухих или смоченных поверхностях и удаление осадка с поверхностей осаждения. Основной операцией является осаждение, по ней собственно и классифицируются все пылеуловители. Однако вторая операция, несмотря на кажущуюся простоту, связана с преодолением ряда технических трудностей, часто оказывающих решающее влияние на эффективность очистки или применимость того или иного метода.

Выбор того или иного пылеулавливающего устройства, которое представляет систему элементов, включающую пылеуловитель, разгрузочный агрегат, регулирующее оборудование и вентилятор, предопределяется дисперсным составом улавливаемой частицы промышленной пыли. Поскольку частицы имеют разнообразную форму (шарики, палочки, пластинки, игла, волокна и т.д.), то для них понятие размера условно. В общем случае принято характеризовать размер частицы величиной, определяющей скорость ее осаждения, - седиментационным диаметром. Под ним подразумевают диаметр шара, скорость осаждения и плотность которого равны скорости осаждения и плотности частиц.

Для очистки выбросов от жидких и твердых примесей применяют различные конструкции улавливающих аппаратов, работающих по принципу:

Инерционного осаждения путем резкого изменения направления вектора скорости движения выброса, при этом твердые частицы под действием инерционных сил будут стремиться двигаться в прежнем направлении и попадать в приемный бункер;

Осаждения под действием гравитационных сил из-за различной кривизны траекторий движения составляющих выброса (газов и частиц), вектор скорости движения которого направлен горизонтально;

Осаждения под действием центробежных сил путем придания выбросу вращательного движения внутри циклона, при этом твердые частицы отбрасываются центробежной силой к сетке, так как центробежное ускорение в циклоне до тысячи раз больше ускорения силы тяжести, это позволяет удалить из выброса даже весьма мелкие частицы;

Механической фильтрации - фильтрации выброса через пористую перегородку (с волокнистым, гранулированным или пористым фильтрующим материалом), в процессе которой аэрозольные частицы задерживаются, а газовая составляющая полностью проходит через нее.

Процесс очистки от вредных примесей характеризуется тремя основными параметрами: общей эффективностью очистки, гидравлическим сопротивлением, производительностью. Общая эффективность очистки показывает степень снижения вредных примесей в применяемом средстве и характеризуется коэффициентом

где С вх и С вых - концентрации вредных примесей до и после средства очистки. Гидравлическое сопротивление определяется как разность давления на входе Р вх и выходе Р вых из системы очистки:

где ξ - коэффициент гидравлического сопротивления; р и V - плотность (кг/м 3) и скорость воздуха (м/с) в системе очистки соответственно.

Производительность систем очистки показывает, какое количество воздуха проходит через нее в единицу времени (м 3 /ч).

Пассивные методы делятся на:

1) ограничение выбросов:

Санитарно-защитная зона- это полоса земли, которая отделяет предприятие от жилой застройки. Ширина зависит от мощности, объема выбросов, концентрации выбросов, создаваемого шума. Территория санитарно-защитных зон должна быть обязательно озеленена (>

Методы обеспыливания воздуха. Основные технические показатели пылеуловителей.

Для очистки от пыли используют сухие и мокрые пылеуловители, а также сухие и мокрые электрофильтры. Выбор метода и аппарата для улавливания аэрозолей зависит от дисперсного состава (размера частиц, находящихся в воздухе), эффективности, расхода или производительности аппарата.

Эффективность улавливания или степень очистки - выражается количеством уловленного материала, поступившего в газоочистной аппарат с газовым потоком за определенный период времени. (G 1 , G 2 - массовый расход (концентрация) частиц пыли, содержащихся в газе на входе и на выходе из аппарата [кг/ч]).

В основе работы сухих аппаратов лежат гравитационные, инерционные и центробежные механизмы осаждения или фильтрационные механизмы. К основным аппаратам сухой очистки относятся: пылеосадительные камеры, циклоны, фильтры, электрофильтры.

«+»- температура выбросов после очистки достигает до 50()°С (есть возможность утилизации):

При выбросе горячих газов улучшается их рассеивание в атмосфере;

Отсутствие потребления воды и образования сточных вод;

Возможность возвратить уловленную пыль обратно в производство.

«-» - возможная конденсация паров на стенках аппарата, что приводит к коррозии стенок и образование трудно улавливаемых отложений пыли;

Трудности с удалением уловленной пыли (возможность вторичного загрязнения воздуха).

Центробежные пылеуловители.

К ним относятся различные типы циклонов и вихревые пылеуловители.

Циклон . Получили наибольшее распространение в промышленности (для улавливания золы на ТЭС, на деревообрабат-их заводах). η=90%, d>10мкм.

«+» -отсутствие движущихся частей в аппарате;

Надежность работы при высоких температурах (до 500°C)-при работе с более высокими °t изготовляются из спец. материалов;

Возможность улавливания абразивных материалов (внутренняя поверхность циклона обрабатывается спец.покрытием);

Постоянное гидравлическое сопротивление;

Хорошая работа при высоких давлениях газа;

Простота изготовления.

«-» -низкая эффективность при улавливании частиц меньше 5мкм;

Высокое гидравлическое сопротивление (1,2-1,5кПа).

1-входной патрубок

В циклоне происходит спиралеобразное закручивание потока, в результате чего частицы отбрасываются к стенкам и постепенно опускаются в бункер 2. ОВ через выходное отверстие 3 выбрасывается в атмосферу. Частицы аэрозоли движутся вдоль результирующей силы Fp и прижимаются к внутренним поверхностям корпуса (трубы) и по этой поверхности скользят вниз и попадают в пылесборник. Периодически нижняя часть пылесборника открывается и таким образом удаляется пыль, на это время заслонку на патрубке закрывают. Эффективность улавливания частиц пыли в циклоне прямо пропорциональна скорости газа в степени ½ и обратно пропорциональна диаметру аппарата.

Для увеличения центробежной силы Fц необходимо (для повышения эффективности):

Увеличивать скорость пылевоздушной струи;

Уменьшать диаметр циклона.

Из практики известно, что скорость струи должна быть от 15 до 18 м/с. Отношение высоты циклона к D д.б. 2/3.

При больших расходах очищенных газов применяются групповые/батарейные циклоны – это позволяет не увеличивать D циклона. Запыленный газ входит в общий коллектор и распределяется по циклонам (работают параллельно).

Вихревые пылеуловители. Η<90%, d>2мкм.

Основным отличием от циклонов является наличие вспомогательного закручив-ся потока. В аппарате соплового типа запыленный газовый поток подается снизу аппарата и закручивается при помощи лопаточного завихрителя. Закрученный газовый поток движется вверх, при этом подвергаясь действию нескольких струй вторичного газа. Вторичный газ подается из тангенциально расположенных сопел вверху аппарата. Под действием центробежных сил частицы отбрасываются к периферии корпуса аппарата, а оттуда в создаваемый струями поток вторичного газа, направляющий их вниз в кольцевое межтрубное пространство. Кольцевое межтрубное пространство вокруг входного патрубка оснащено подпорной шайбой, обеспечивающей спуск пыли в бункер.

1-камера; 2-выходной патрубок; 3-сопла;

4-лопаточный завихритель; 5-входной патрубок; 6-подпорная шайба;

7-пылевой бункер.

Электрофильтры.

Электрофильтр - наиболее современный пылеулавливающий аппарат. η=99-99,5%, d=0,01-100мкм. температура очищ-го газа до 450°C.

В электрофильтре используется высоковольтное электростатическое поле. Напряжение на электродах до 50 кВ. Частицы проходят через 2 зоны. В 1-й зоне частица приобретает Эл. потенциал (заряжается), во 2-й зоне заряженная пыль движется к противоположенному электростатическому заряду и оседает на нем. Поэтому для очистки воздуха от пыли используется 3 вида сил: сила тяжести; сила воздушного напора и электростатическая сила.

По конструкции они м.б. вертикальными игоризонтальными.

1 – коронирующий электрод

2 – осадительный электрод

3 – бункер

4 – источник напряжения

При подаче высоковольтного напряжения между коронирующим и осадительным электродами создается электростатическое поле высокой напряженности. При поступлении загрязненного воздуха через патрубок образуется ламинарная струя (поток), которая движется ветрикально вверх через электростатическое поле. При этом на частицу действуют силы: G, Fh, и Рэл.ст.. При этом Fh превышает G на несколько процентов. При такой схеме сил частица отклоняется от вертикальной оси и движется в сторону осадительного электрода и прилипает к внутренней поверхности трубы. Происходит передача отрицательного заряда частицам пыли и их осаждение на осадительных электродах. Регенерация фильтра осуществляется встряхиванием.

«-» большой расход энергии (0,36-1,8 МДж на 1000 м 3 газа).

Чем выше напряженность поля и ниже скорость газа в аппарате, тем лучше улавливание пыли.

Процеживание и отстаивание.

Процеживание - это процесс пропускания сточных вод через решётки и сита перед более тонкой очисткой

Решётки улавливают примеси не менее 10-20 мм, решётки периодически очищают;

Эффективность работы не более 70%

Процеживание используется только для предварительной очистки СВ

В некоторых областях используют сита с размером ячеек до 1 мм, которые позволяют удалять вещества 0,5-1 мм.

С помощью расчёта осуществляется подбор решётки, и определяются потери напора в ней.

Отстаивание - это осаждение грубодисперсных примесей под действием силы тяжести.

Используются:

1) песколовки, применяются для удаления минеральных частиц и песка (0,15-0,25 мм). Песколовка - это резервуар с тропецеидальным или треугольным основанием (<0,3м/с, эффективность не более 95%).

Бывают: - вертикальные (движение снизу вверх); - горизонтальные; -аэрируемые.

Н = 0,25 – 2 м

v = 0,15 -0,3 м/с

В = 3 – 4,5 м

Длина рабочей части:

L = (1000*k s *H s *υ s)/ u s, где:

H s -расчётная глубина песколовки, k s – к-т, принимаемый в зависимости от типа песколовки, υ s – скорость движения воды в песколовке, u s – гмдравлическая крупность (14 – 24 мм/с)

2) отстойники.

По конструктивному исполнению: горизонтальные, вертикальные, радиальные, трубчатые и с наклонными пластинами. По назначению: первичные, - вторичные.

Горизонтальные – прямоугольные резервуары, имеющие 2 и более одновременно работающих отделения.

1 – входной латок;

2 – выходной лоток;

3 – камера отстаивания;

4 –лоток для удаления всплывших примесей.

Q – более 15 000 м 3 / сут

Н =1,5 – 4 м, L = 8 -27м, В = 3-6 м, v =0,01 м/с.

Вертикальные – круглые в плане резервуары, диаметром 4, 6, 9м с коническим днищем. Сточную воду подводят по центру к трубе, и после поступления внутрь она движется снизу вверх.

1- центральная труба;

2- жёлоб для отверстия;

3- цилиндрическая часть;

4- коническая часть.

Q – менее 20000 м 3 / сут;

Диаметр – 4, 6, 9; высота- 4 -5 м, скорость – 0,5 – 0,6 м/с.

Радиальные – круглые в плане резервуары, вода поступает через центр трубы и движется от центра к периферии.

2- распределительное устройство;

3- скребковый механизм;

Q – более 20000 м 3 / сут;

Высота – 1,5–5 м, диаметр – 16 – 60 м.

Расчёт отстойника производиться по кинетике выпадения взвешенных веществ с учётом необходимого эффекта осветления. Расчётом определяется гидравлическая крупность, по которой рассчитываются параметры отстойника.

Увеличить эффективность осаждения можно:

Увеличив размеры частиц коагуляцией; - уменьшая вязкость воды (например, нагреванием); - увеличив площадь отстаивания.

3) нефтеловушка

1- корпус;

2- слой нефти;

3- труба для сбора нефти (жира);

4- перегородка для удержания всплывших нефтепродуктов;

5- приямок для осадков

Степень очистки менее 70%. Для увеличения эффективности снизу подают воздух. Рассчитываются как отстойники с учётом гидравлической крупности всплывающих частиц.

Осветлители, применяются для очистки природных вод и для предварительного осветления СВ. в осветлителях создается взвешенный слой осадка через который фильтруются СВ.

Процесс отстаивания используется и для очистки частиц, имеющих плотность меньше, чем плотность воды, такие частицы всплывают и убираются с поверхности отстойника (жироловушки и нефтеловушки). Эффективность для нефти 96-98% для жира не более 70%..

Методы защиты атмосферы, их классификация.

Активные - они предусматривают экологизацию технологических процессов, т.е. создание безотходных технологий, создание замкнутых технологических циклов (редко).

Пассивные методы делятся на:

1) ограничение выбросов:

Усовершенствование топлива и замена другим видом;

Обеспечение более полного сгорания топлива;

Предварительная очистка сырья от летучих примесей;

Повышение роли безотходных источников энергии (АЭС, солнечная, ветровая).

2) рассредоточение, локализация и рассеивание выбросов

Выбор производится на стадии проектирования, строительства объекта выброса;

Нельзя строить в местах застоя воздуха;

На определенном расстоянии от жилых зон с учетом розы ветров;

Д. б. минимальное количество дней в году, в которые ветер дует от предприятия к городу;

Расположение производственных и жилых зданий должны способствовать сквозному проветриванию;

При компоновке зданий около магистрали следует: в центре больницы, дет. сады...

Локализация - это устройство вытяжных шкафов для удаления ЗВ. Централизация - несколько мелких источников объединяют в один крупный источник для наиболее эффективной работы очистных сооружений (низкая стоимость очистки воздуха). Рассеивание - выброс ЗВ в верхний слой атмосферы через трубы и дальнейшее его разбавление с чистым (наиболее опасен из низких труб). Рассредоточение – расположение предприятий на территории с учетом расположения города, розы ветров (на стадии проектировния).

3) устройство санитарно-защитных зон:

Для снижения воздействия предприятий на окружающую среду вокруг них делаются санитарно-защитные зоны;

4) очистка выбросов - это улавливание ЗВ из отходящих газов.

Все выбросы делятся на парогазовые и аэрозольные выбросы, на производстве всегда производится очистка от пыли затем от газов.

Очистка от пыли: -сухие методы (пылеосадительные камеры, пылеуловители (инерционные, динамические, вихревые), циклоны, фильтры (волокнистые, тканевые, зернистые, керамические)); -мокрые методы (газопромыватели (полые, насадочные, тарельчатые, ударно-инерционные, центробежные, механические, скоростные)); -электрические методы (сухие и мокрые электрофильтры).

Очистка от туманов и брызг: - фильтры туманоуловители; - сетчатые брызгоуловители.