Основные методы защиты атмосферы. Загрязнение атмосферы. Средства защиты атмосферы. Способы защиты атмосферы от загрязняющих веществ
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.
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;
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 (>=60% от площади) и благоустроена (кроме больниц, парков, стадионов...)
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.
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
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.
Защита атмосферы
В целях защиты атмосферы от загрязнения применяют следующие экозащитные мероприятия:
– экологизация технологических процессов;
– очистка газовых выбросов от вредных примесей;
– рассеивание газовых выбросов в атмосфере;
– соблюдение нормативов допустимых выбросов вредных веществ;
– устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения и др.
Экологизация технологических процессов – это в первую очередь создание замкнутых технологических циклов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных загрязняющих веществ. Кроме того необходима предварительная очистка топлива или замена его более экологичными видами, применение гидрообеспыливания, рециркуляция газов, перевод различных агрегатов на электроэнергию и др.
Актуальнейшая задача современности – снижение загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автомобилей. В настоящее время ведется активный поиск альтернативного, более «экологически чистого» топлива, чем бензин. Продолжаются разработки двигателей автомобилей, работающих на электроэнергии, солнечной энергии, спирте, водороде и др.
Очистка газовых выбросов от вредных примесей. Нынешний уровень технологий не позволяет добиться полного предотвращения поступления вредных примесей в атмосферу с газовыми выбросами. Поэтому повсеместно используются различные методы очистки отходящих газов от аэрозолей (пыли) и токсичных газо- и парообразных примесей (NО, NО2, SO2, SO3 и др.).
Для очистки выбросов от аэрозолей применяют различные типы устройств в зависимости от степени запыленности воздуха, размеров твердых частиц и требуемого уровня очистки: сухие пылеуловители (циклоны, пылеосадительные камеры), мокрые пылеуловители (скрубберы и др.), фильтры, электрофильтры (каталитические, абсорбционные, адсорбционные) и другие методы для очистки газов от токсичных газо- и парообразных примесей.
Рассеивание газовых примесей в атмосфере – это снижение их опасных концентраций до уровня соответствующего ПДК путем рассеивания пылегазовых выбросов с помощью высоких дымовых труб. Чем выше труба, тем больше ее рассеивающий эффект. К сожалению, этот метод позволяет снизить локальное загрязнение, но при этом проявляется региональное.
Устройство санитарно-защитных зон и архитекгурно-планировочные мероприятия.
Санитарно-защитная зона (СЗЗ) – это полоса, отделяющая источники промышленного загрязнения от жилых или общественных зданий для защиты населения от влияния вредных факторов производства. Ширина этих зон составляет от 50 до 1000 м в зависимости от класса производства, степени вредности и количества выделяемых в атмосферу веществ. При этом граждане, чье жилище оказалось в пределах СЗЗ, защищая свое конституционное право на благоприятную среду, могут требовать либо прекращения экологически опасной деятельности предприятия, либо переселения за счет предприятия за пределы СЗЗ.
Все известные методы и средства защиты атмосферы от химических примесей можно объединить в три группы.
В первую группу входят мероприятия, направленные на снижение мощности выбросов, т.е. уменьшение количества выбрасываемого вещества в единицу времени. Во вторую группу входят мероприятия, направленные на защиту атмосферы путем обработки и нейтрализации вредных выбросов специальными системами очистки. В третью группу входят мероприятия по нормированию выбросов как на отдельных предприятиях и устройствах, так и в регионе в целом.
Для снижения мощности выбросов химических примесей в атмосферу наиболее широко используют:
Замену менее экологичных видов топлива экологичными;
Сжигание топлива по специальной технологии;
Создание замкнутых производственных циклов.
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).
