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.
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.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Донской государственный технический университет" (ДГТУ)
Способы и средства защиты атмосферы и оценка их эффективности
Выполнила:
студентка группы МТS ИС 121
Колемасова А.С.
Ростов-на-Дону
Введение
2. Механическая очистка газов
Используемые источники
Введение
Для атмосферы характерна чрезвычайно высокая динамичность, обусловленная как быстрым перемещением воздушных масс в латеральном и вертикальном направлениях, так и высокими скоростями, разнообразием протекающих в ней физико-химических реакций. Атмосфера рассматривается как огромный "химический котел", который находится под воздействием многочисленных и изменчивых антропогенных и природных факторов. Газы и аэрозоли, выбрасываемые в атмосферу, характеризуются высокой реакционной способностью. Пыль и сажа, возникающие при сгорании топлива, лесных пожарах, сорбируют тяжелые металлы и радионуклиды и при осаждении на поверхность могут загрязнить обширные территории, проникнуть в организм человека через органы дыхания.
Загрязнением атмосферы считается прямое или косвенное введение в нее любого вещества в таком количестве, которое воздействует на качество и состав наружного воздуха, нанося вред людям, живой и неживой природе, экосистемам, строительным материалам, природным ресурсам - всей окружающей среде.
Очистка воздуха от примесей.
Для защиты атмосферы от 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 решения.
Безотходная и малоотходная технология.
Экологизация технологических процессов - это создание замкнутых технологических циклов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных загрязняющих веществ.
Наиболее надежным и самым экономичным способом охраны биосферы от вредных газовых выбросов является переход к безотходному производству, или к безотходным технологиям. Термин "безотходная технология" впервые предложен академиком Н.Н. Семеновым. Под ним подразумевается создание оптимальных технологических систем с замкнутыми материальными и энергетическими потоками. Такое производство не должно иметь сточных вод, вредных выбросов в атмосферу и твердых отходов и не должно потреблять воду из природных водоемов. То есть понимают принцип организации и функционирования производств, при рациональном использовании всех компонентов сырья и энергии в замкнутом цикле: (первичные сырьевые ресурсы - производство - потребление - вторичные сырьевые ресурсы).
Конечно же, понятие "безотходное производство" имеет несколько условный характер; это идеальная модель производства, так как в реальных условиях нельзя полностью ликвидировать отходы и избавиться от влияния производства на окружающую среду. Точнее следует называть такие системы малоотходными, дающими минимальные выбросы, при которых ущерб природным экосистемам будет минимален. Малоотходная технология является промежуточной ступенью при создании безотходного производства.
1. Разработка безотходных технологий
В настоящее время определилось несколько основных направлений охраны биосферы, которые в конечном счете ведут к созданию безотходных технологий:
1) разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем, работающих по замкнутому циклу, позволяющих исключить образование основного количества отходов;
2) переработка отходов производства и потребления в качестве вторичного сырья;
3) создание территориально-промышленных комплексов с замкнутой структурой материальных потоков сырья и отходов внутри комплекса.
Важность экономного и рационального использования природных ресурсов не требует обоснований. В мире непрерывно растет потребность в сырье, производство которого обходится всё дороже. Будучи межотраслевой проблемой, разработка малоотходных и безотходных технологий и рациональное использования вторичных ресурсов требует принятия межотраслевых решений.
Разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем, работающих по замкнутому циклу, позволяющих исключить образование основного количества отходов, является основным направлением технического прогресса.
Очистка газовых выбросов от вредных примесей
Газовые выбросы классифицируются по организации отвода и контроля - на организованные и неорганизованные, по температуре на нагретые и холодные.
Организованный промышленный выброс - это выброс, поступающий в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды, трубы.
Неорганизованные называют промышленные выбросы, поступающие в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушения герметичности оборудования. Отсутствие или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки и хранения продукта.
Для снижения загрязнения атмосферы от промышленных выбросов используют системы очистки газов. Под очисткой газов понимают отделение от газа или превращение в безвредное состояние загрязняющего вещества, поступающего от промышленного источника.
2. Механическая очистка газов
Она включает сухие и мокрые методы.
Очистка газов в сухих механических пылеуловителях.
К сухим механическим пылеуловителям относятся аппараты, в которых использованы различные механизмы осаждения: гравитационный (пылеосадительная камера), инерционный (камеры, осаждение пыли в которых происходит в результате изменения направления движения газового потока или установки на его пути препятствия) и центробежный.
Гравитационное осаждение основано на осаждении взвешенных частиц под действием силы тяжести при движении запыленного газа с малой скоростью без изменения направления потока. Процесс проводят в отстойных газоходах и пылеосадительных камерах (рис. 1). Для уменьшения высоты осаждения частиц в осадительных камерах установлено на расстоянии 40-100 мм множество горизонтальных полок, разбивающих газовый поток на плоские струи. Гравитационное осаждение действенно лишь для крупных частиц диаметром более 50-100 мкм, причем степень очистки составляет не выше 40-50%. Метод пригоден лишь для предварительной, грубой очистки газов.
Пылеосадительные камеры (рис. 1). Осаждение взвешенных в газовом потоке частиц в пылеосадительных камерах происходит под действием сил тяжести. Простейшими конструкциями аппаратов этого типа являются отстойные газоходы, снабжаемые иногда вертикальными перегородками для лучшего осаждения твердых частиц. Для очистки горячих печных газов широко применяют многополочные пылеосадительные камеры.
Пылеосадительная камера состоит: 1 - входной патрубок; 2 - выходной патрубок; 3 - корпус; 4 - бункер взвешенных частиц.
Инерционное осаждение основано на стремлении взвешенных частиц сохранять первоначальное направление движения при изменении направления газового потока. Среди инерционных аппаратов наиболее часто применяют жалюзийные пылеуловители с большим числом щелей (жалюзи). Газы обеспыливаются, выходя через щели и меняя при этом направление движения, скорость газа на входе в аппарат составляет 10-15 м/с. Гидравлическое сопротивление аппарата 100-400 Па (10-40 мм вод. ст.). Частицы пыли с d < 20 мкм в жалюзийных аппаратах не улавливаются. Степень очистки в зависимости от дисперсности частиц составляет 20-70%. Инерционный метод можно применять лишь для грубой очистки газа. Помимо малой эффективности недостаток этого метода - быстрое истирание или забивание щелей.
Данные аппараты отличаются простотой изготовления и эксплуатации, их достаточно широко используют в промышленности. Но эффективность улавливания не всегда достаточна.
Центробежные методы очистки газов основаны на действии центробежной силы, возникающей при вращении очищаемого газового потока в очистном аппарате или при вращении частей самого аппарата. В качестве центробежных аппаратов пылеочистки применяют циклоны (рис.2) различных типов: батарейные циклоны, вращающиеся пылеуловители (ротоклоны) и др. Циклоны наиболее часто применяют в промышленности для осаждения твердых аэрозолей. Циклоны характеризуются высокой производительностью по газу, простотой устройства, надежностью в работе. Степень очистки от пыли зависит от размеров частиц. Для циклонов высокой производительности, в частности батарейных циклонов (производительностью более 20000 м 3 /ч), степень очистки составляет около 90% при диаметре частиц d > 30 мкм. Для частиц с d = 5-30 мкм степень очистки снижается до 80%, а при d == 2-5 мкм она составляет менее 40%.
атмосфера промышленный выброс очистка
На рис. 2 воздух вводится тангенциально во входной патрубок (4) циклона, представляющую собой закручивающий аппарат. Сформировавшийся здесь вращающийся поток опускается по кольцевому пространству, образованному цилиндрической частью циклона (3) и выхлопной трубой (5), в его конусную часть (2), а затем, продолжая вращаться, выходит из циклона через выхлопную трубу. (1) - пылевыпускное устройство.
Аэродинамические силы искривляют траекторию частиц. При вращательно-нисходящем движении запыленного потока пылевые частицы достигают внутренней поверхности цилиндра, отделяются от потока. Под влиянием силы тяжести и увлекающего действия потока отделившиеся частицы опускаются и через пылевыпускное отверстие проходят в бункер.
Более высокая степень очистки воздуха от пыли по сравнению с сухим циклоном может быть получена в пылеуловителях мокрого типа (рис. 3), в которых пыль улавливается в результате контакта частиц со смачивающей жидкостью. Этот контакт может осуществляться на смоченных стенках, обтекаемых воздухом, на каплях или на свободной поверхности воды.
На рис. 3 представлен циклон с водяной пленкой. Запыленный воздух подается через воздуховод (5) в нижнюю часть аппарата тангенциально со скоростью 15-21 м/с. Закрученный воздушный поток, двигаясь вверх, встречает пленку воды, стекающую вниз по поверхности цилиндра (2). Очищенный воздух отводится из верхней части аппарата (4) также тангенциально по направлению вращения воздушного потока. В циклоне с водяной пленкой нет выхлопной трубы, свойственной сухим циклонам, что позволяет уменьшить диаметр его цилиндрической части.
Внутренняя поверхность циклона непрерывно орошается водой из сопл (3), размещенных по окружности. Пленка воды на внутренней поверхности циклона должна быть сплошной, поэтому сопла установлены так, что струи воды направлены по касательной к поверхности цилиндра по ходу вращения воздушного потока. Пыль, захваченная водяной пленкой, стекает вместе с водой в коническую часть циклона и удаляется через патрубок (1), погруженный в воду отстойника. Отстоявшаяся вода вновь подается в циклон. Скорость воздуха на входе циклона 15-20 м/с. Эффективность циклонов с водяной пленкой составляет для пыли размером частиц до 5 мкм - 88-89%, для пыли с более крупными частицами - 95-100%.
Другими типами центробежного пылеуловителя служат ротоклон (рис. 4) и скруббер (рис. 5).
Циклонные аппараты наиболее распространены в промышленности, так как у них отсутствуют движущиеся части в аппарате и высокая надежность работы при температуре газов до 500 0 С, улавливание пыли в сухом виде, почти постоянное гидравлическое сопротивление аппарата, простота изготовления, высокая степень очистки.
Рис. 4 - Газопромывательс центральной опускной трубой:1 - входной патрубок; 2 - резервуар с жидкостью; 3 - сопло
Запыленный газ входит по центральной трубе, с большой скоростью ударяется о поверхность жидкости и, поворачивая на 180°, удаляется из аппарата. Частицы пыли при ударе проникают в жидкость и в виде шлама периодически или непрерывно отводятся из аппарата.
Недостатки: высокое гидравлическое сопротивление 1250-1500 Па, плохое улавливание частиц размером меньше 5 мкм.
Полые форсуночные скрубберы представляют собой колонны круглого или прямоугольного сечения, в которых осуществляется контакт между газами и каплями жидкости, распыливаемой форсунками. По направлению движения газов и жидкости полые скрубберы делятся на противоточные, прямоточные и с поперечным подводом жидкости. При мокром обеспыливании обычно применяют аппараты с противонаправленным движением газов и жидкости, реже - с поперечным подводом жидкости. Прямоточные полые скрубберы широко используются при испарительном охлаждении газов.
В противоточном скруббере (рис. 5.) капли из форсунок падают навстречу запыленному потоку газов. Капли должны быть достаточно крупными, чтобы не быть унесенными газовым потоком, скорость которого обычно составляет vг = 0,61,2 м/с. Поэтому в газопромывателях обычно устанавливают форсунки грубого распыления, работающие при давлении 0,3-0,4 МПа. При скоростях газов более 5 м/с после газопромывателя необходима установка каплеуловителя.
Рис. 5 - Полый форсуночный скруббер: 1 - корпус; 2 - газораспределительная решетка; 3 - форсунки
Высота аппарата обычно в 2,5 раза превышает его диаметр (Н = 2,5D). Форсунки устанавливают в аппарате в одном или нескольких сечениях: иногда рядами (до 14-16 в сечении), иногда только по оси аппарата.Факел распыла форсунок может быть направлен вертикально сверху вниз или под некоторым углом к горизонтальной плоскости. При расположении форсунок в несколько ярусов возможна комбинированная установка распылителей: часть факелов направлена по ходугазов, другая часть - в противоположном направлении. Для лучшего распределения газов по сечению аппарата в нижней части скруббера устанавливают газораспределительную решетку.
Полые форсуночные скрубберы широко используют для улавливания крупной пыли, а также при охлаждении газов и кондиционирования воздуха. Удельный расход жидкости невелик - от 0,5 до 8 л/м 3 очищенного газа.
Для очистки газов используют также фильтры. Фильтрация основана на прохождении очищаемого газа через различные фильтрующие материалы. Фильтрующие перегородки состоят из волокнистых или зернистых элементов и условно подразделяются на следующие типы.
Гибкие пористые перегородки - тканевые материалы из природных, синтетических или минеральных волокон, нетканные волокнистые материалы (войлоки, бумаги, картон) ячеистые листы (губчатая резина, пенополиуретан, мембранные фильтры).
Фильтрация - весьма распространенный прием тонкой очистки газов. Ее преимущества - сравнительная низкая стоимость оборудования (за исключением металлокерамических фильтров) и высокая эффективность тонкой очистки. Недостатки фильтрации высокое гидравлическое сопротивление и быстрое забивание фильтрующего материала пылью.
3. Очистка выбросов газообразных веществ, промышленных предприятий
В настоящее время, когда безотходная технология находится в периоде становления и полностью безотходных предприятий еще нет, основной задачей газоочистки служит доведение содержания токсичных примесей в газовых примесях до предельно допустимых концентраций (ПДК), установленных санитарными нормами.
Промышленные способы очистки газовых выбросов от газо- и парообразных токсичных примесей можно разделить на пять основных групп:
1. Метод абсорбции - заключается в поглощении отдельных компонентов газообразной смеси абсорбентом (поглотителем) в качестве которого выступает жидкость.
Абсорбенты, применяемые в промышленности, оцениваются по следующим показателям:
1) абсорбционная емкость, т.е. растворимость извлекаемого компонента в поглотителе в зависимости от температуры и давления;
2) селективность, характеризуемая соотношением растворимостей разделяемых газов и скоростей их абсорбции;
3) минимальное давление паров во избежание загрязнения очищаемого газа парами абсорбента;
4) дешевизна;
5) отсутствие коррозирующего действия на аппаратуру.
В качестве абсорбентов применяют воду, растворы аммиака, едких и карбонатных щелочей, солей марганца, этаноламины, масла, суспензии гидроксида кальция, оксидов марганца и магния, сульфат магния и др. Например, для очистки газов от аммиака, хлористого и фтористого водорода в качестве абсорбента используют воду, для улавливания водяных паров - серную кислоту, для улавливания ароматических углеводородов - масла.
Абсорбционная очистка - непрерывный и, как правило, циклический процесс, так как поглощение примесей обычно сопровождается регенерацией поглотительного раствора и его возвращением в начале цикла очистки. При физической абсорбции регенерацию абсорбента проводят нагреванием и снижением давления, в результате чего происходит десорбция поглощенной газовой примеси и ее концентрированно.
Для реализации процесса очистки применяют абсорберы различных конструкций (пленочные, насадочные, трубчатые и др.). Наиболее распространен насадочный скруббер, применяемый для очистки газов от диоксида серы, сероводорода, хлороводорода, хлора, оксида и диоксида углерода, фенолов и т.д. В насадочных скрубберах скорость массообменных процессов мала из-за малоинтенсивного гидродинамического режима этих реакторов, работающих при скорости газа 0,02-0,7 м/с. Объемы аппаратов поэтому велики и установки громоздки.
Рис. 6 - Насадочный скруббер с поперечным орошением: 1 - корпус; 2 - форсунки; 3 - оросительное устройство;4 - опорная решетка; 5 - насадка; 6 - шламосборник
Абсорбционные методы характеризуются непрерывностью и универсальностью процесса, экономичностью и возможностью извлечения больших количеств примесей из газов. Недостаток этого метода в том, что насадочные скрубберы, барботажные и даже пенные аппараты обеспечивают достаточно высокую степень извлечения вредных примесей (до ПДК) и полную регенерацию поглотителей только при большом числе ступеней очистки. Поэтому технологические схемы мокрой очистки, как правило, сложны, многоступенчаты и очистные реакторы (особенно скрубберы) имеют большие объемы.
Любой процесс мокрой абсорбционной очистки выхлопных газов от газо- и парообразных примесей целесообразен только в случае его цикличности и безотходности. Но и циклические системы мокрой очистки конкурентоспособны только тогда, когда они совмещены с пылеочисткой и охлаждением газа.
2. Метод хемосорбции - основан на поглощении газов и паров твердыми и жидкими поглотителями, в результате чего образуются мало летучие и малорастворимые соединения. Большинство хемосорбционных процессов газоочистки обратимы, т.е. при повышении температуры поглотительного раствора химические соединения, образовавшиеся при хемосорбции, разлагаются с регенерацией активных компонентов поглотительного раствора и с десорбцией поглощенной из газа примеси. Этот прием положен в основу регенерации хемосорбентов в циклических системах газоочистки. Хемосорбция в особенности применима для тонкой очистки газов при сравнительно небольшой начальной концентрации примесей.
3. Метод адсорбции - основан на улавливании вредных газовых примесей поверхностью твердых тел, высокопористых материалов, обладающих развитой удельной поверхностью.
Адсорбционные методы применяют для различных технологических целей - разделение парогазовых смесей на компоненты с выделением фракций, осушка газов и для санитарной очистки газовых выхлопов. В последнее время адсорбционные методы выходят на первый план как надежное средство защиты атмосферы от токсичных газообразных веществ, обеспечивающее возможность концентрирования и утилизации этих веществ.
Промышленные адсорбенты, чаще всего применяемые в газоочистке, - это активированный уголь, силикагель, алюмогель, природные и синтетические цеолиты (молекулярные сита). Основные требования к промышленным сорбентам - высокая поглотительная способность, избирательность действия (селективность), термическая устойчивость, длительная служба без изменения структуры и свойств поверхности, возможность легкой регенерации. Чаще всего для санитарной очистки газов применяют активный уголь благодаря его высокой поглотительной способности и легкости регенерации. Известны различные конструкции адсорбентов (вертикальные, используемые при малых расходах, горизонтальные, при больших расходах, кольцевые). Очистку газа осуществляют через неподвижные слои адсорбента и движущиеся слои. Очищаемый газ проходит адсорбер со скоростью 0,05-0,3 м/с. После очистки адсорбер переключается на регенерацию. Адсорбционная установка, состоящая из нескольких реакторов, работает в целом непрерывно, так как одновременно одни реакторы находятся на стадии очистки, а другие - на стадиях регенерации, охлаждения и др. Регенерацию проводят нагреванием, например выжиганием органических веществ, пропусканием острого или перегретого пара, воздуха, инертного газа (азота). Иногда адсорбент, потерявший активность (экранированный пылью, смолой), полностью заменяют.
Наиболее перспективны непрерывные циклические процессы адсорбционной очистки газов в реакторах с движущимся или взвешенным слоем адсорбента, которые характеризуются высокими скоростями газового потока (на порядок 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 легкость регенерации этих примесей с превращением их в товарный продукт или возвратом в производство; таким образом осуществляется принцип безотходной технологии. Адсорбционный метод особенно рационален для удаления токсических примесей (органических соединений, паров ртути и др.), содержащихся в малых концентрациях, т.е. как завершающий этап санитарной очистки отходящих газов.
Недостатки большинства адсорбционных установок - периодичность.
4. Метод каталитического окисления - основан на удалении примесей из очищаемого газа в присутствии катализаторов.
Действие катализаторов проявляется в промежуточном химическом взаимодействии катализатора с реагирующими веществами, в результате чего образуется промежуточные соединения.
В качестве катализаторов применяют металлы и их соединения (оксиды меди, марганца и др.) Катализаторы имеют вид шаров, колец или другую форму. Особенно широко этот метод используется для очистки выхлопных газов. В результате каталитических реакций примеси, находящиеся в газе, превращаются в другие соединения, т.е. в отличие от рассмотренных методов примеси не извлекаются из газа, а трансформируются в безвредные соединения, присутствие которых допустимо в выхлопном газе, либо в соединения, легко удаляемые из газового потока. Если образовавшиеся вещества подлежат удалению, то требуются 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 невысоких температурах и обычном давлении, а также при весьма малых начальных концентрациях примесей. Каталитические методы позволяют утилизировать реакционную теплоту, т.е. создавать энерготехнологические системы. Установки каталитической очистки просты в эксплуатации и малогабаритны.
Недостаток многих процессов каталитической очистки - образование новых веществ, которые подлежат удалению из газа другими методами (абсорбция, адсорбция), 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 загрязнителей или оксида углерода. Простейший метод - факельное сжигание - возможен, когда концентрация горючих загрязнителей близка к нижнему пределу воспламенения. В этом случае примеси служат топливом, температура процесса 750-900°С и теплоту горения примесей можно утилизировать.
Когда концентрация горючих примесей меньше нижнего предела воспламенения, то необходимо подводить некоторое количество теплоты извне. Чаще всего 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 достаточно высоком содержании горючих примесей, иначе возрастает расход добавляемого горючего газа.
Используемые источники
1. Экологическая доктрина Российской Федерации. Официальный сайт государственной службы охраны окружающей природной среды России - eco-net/
2. Внуков А.К., Защита атмосферы от выбросов энергообъектов. Справочник, М.: Энергоатомиздат, 2001
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Проектирования аппаратурно-технологической схемы защиты атмосферы от промышленных выбросов. Экологическое обоснование принимаемых технологических решений. Защита природной среды от антропогенного воздействия. Количественная характеристика выбросов.
дипломная работа , добавлен 17.04.2016
Перегрев нелетучих веществ. Физические обоснования достижимых перегревов. Термодинамическая устойчивость метастабильного состояния вещества. Схема установки контактного термического анализа и регистратора. Недостатки основных способов очистки атмосферы.
реферат , добавлен 08.11.2011
Краткое описание технологии очистки воздуха. Применение и характеристика адсорбционного метода защиты атмосферы. Адсорбционные угольные фильтры. Очистка от серосодержащих соединений. Адсорбционная регенерационная система очистки воздуха "АРС – аэро".
курсовая работа , добавлен 26.10.2010
Основные понятия и определения процессов пылеулавливания. Гравитационные и инерционные методы сухой очистки газов и воздуха от пыли. Мокрые пылеуловители. Некоторые инженерные разработки. Пылеуловитель на основе центробежной и инерционной сепарации.
курсовая работа , добавлен 27.12.2009
Безотходная и малоотходная технология. Очистка газовых выбросов от вредных примесей. Очистка газов в сухих механических пылеуловителях. Промышленные способы очистки газовых выбросов от парообразных токсичных примесей. Метод хемосорбции и адсорбции.
контрольная работа , добавлен 06.12.2010
Строение и состав атмосферы. Загрязнение атмосферы. Качество атмосферы и особенности ее загрязнения. Основные химические примеси, загрязняющие атмосферу. Методы и средства защиты атмосферы. Классификация систем очистки воздуха и их параметры.
реферат , добавлен 09.11.2006
Двигатель как источник загрязнения атмосферы, характеристика токсичности его отработавших газов. Физико-химические основы очистки отработанных газов от вредных компонентов. Оценка негативного воздействия эксплуатации судна на окружающую природную среду.
курсовая работа , добавлен 30.04.2012
Характеристика выбросов в деревообрабатывающем цехе при шлифовании: загрязнение атмосферы, воды и почвы. Виды шлифовальных станков. Выбор метода очистки выбросов. Утилизация твердых отходов. Аппаратно-технологическое оформление системы защиты атмосферы.
курсовая работа , добавлен 27.02.2015
Применение технических средств очистки дымовых газов как основное мероприятие по защите атмосферы. Современные методики разработки технических средств и технологических процессов очистки газов в скруббере Вентури. Расчеты конструктивных параметров.
курсовая работа , добавлен 01.02.2012
Воздействие на атмосферу. Улавливание твердых веществ из дымовых газов ТЭС. Направления защиты атмосферы. Основные показатели работы золоуловителя. Основной принцип работы электрофильтра. Расчет батарейного циклона. Выбросы золы и очистка от них.
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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.Требования к выбросам в атмосферу.
Средства защиты должны ограничивать наличие вредных веществ в воздухе среды обитания человека на уровень не выше ПДК: по каждому вредному веществу, где - фоновая концентрация.
А при наличии нескольких вредных веществ однонаправленного действия условие (*) в гл.1.4 §2. Соблюдение этих требований 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 транспортерные выпускные системы.
На практике реализуются следующие варианты защиты атмосферного воздуха:
а) вывод токсичных веществ из помещений общеобменной вентиляцией;
б) локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах и его возврат в производственные помещения, если воздух соответствует нормативным требованиям к приточному воздуху;
в) локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере;
г) очистка технологичных газовых выбросов в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере; в ряде случаев перед выбросом отходящие газы разбавляют атмосферным воздухом;
д) очистка отработавших газов в специальных аппаратах и выброс в атмосферу или производственную зону.
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. Предельно допустимые выбросы ГТДУ самолетов гражданской авиации определены ГОСТ 17.2.2.04 – 86; выбросы автомобилей с ДВС ГОСТ 17.2.2.03 – 87 и др.; для промышленных предприятий ПДВ устанавливается требованиями ГОСТ 17.2.3.02 – 78.
2.Рассеивание выбросов в атмосфере.
Основным документом, регламентирующим расчет рассеивания и определения приземных концентраций выбросов промышленных предприятий, является «Методика расчета концентрации в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий ОНД – 86.
При определении ПДВ примеси от расчетного источника необходимо учитывать ее концентрацию в атмосфере, обусловленную выбросами от других источников. Для случаев рассеивания нагретых выбросов через одиночную незатененную трубу:
, где
Н – высота трубы;
Q – объем расходуемой газовоздушной смеси, выбрасываемой через трубу;
Это разность между температурой, выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха, равной средней температуре самого жаркого месяца в 13 часов;
А – коэффициент, зависящий от температурного градиента атмосферыи определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредностей.
K F - коэффициент, учитывающий скорость оседания взвешенных частиц выброса в атмосфере;
m и n – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья трубы.
3. Оборудование для очистки выбросов.
Аппараты очистки вентиляции и технологических выбросов в атмосферу делятся на:
а) пылеуловители (сухие, электрические, фильтры, мокрые);
б) туманоуловители (низкоскоростные и высокоскоростные);
в) аппараты для улавливания паров и газов (абсорбционные, хемосорбционные, адсорбционные и нейтролизаторы);
г) аппараты многоступенчатой очистки (уловители пыли и газов, уловители туманов и твердых примесей, многоступенчатые пылеуловители).
Их работа характеризуется рядом основных параметров:
а) эффективность очистки: , где
и - массовые концентрации примесей в газе до и после аппарата.
б) гидравлическое сопротивление аппаратов очистки: , где
и - давление газового потока на входе и выходе аппарата;
Коэффициент гидравлического сопротивления аппарата;
и - плотность и скорость газа в расчетном сечении аппарата.
Значение рассчитывают экспериментально, либо по этой формуле.
в) потребляемая мощность побудителя движения газов: , где
Q - объемный расход очищаемого газа;
к – коэффициент запаса мощности
- КПД передачи мощности от электродвигателя к вентилятору;
КПД вентилятора.
