6. Защита атмосферного воздуха

Для защиты окружающей природной среды от выбросов загрязняющих веществ в атмосферу проводятся:

• технологические (при разработке производства должна быть предусмотрена наиболее рациональная технология, исключающая или сокращая выбросы в атмосферный воздух. Например: замена сырья содержащего вредных вещества на другое, в состав которого входят менее вредные компоненты, сухих метод работы мокрыми, герметизация и автоматизация технических процессов, предварительная очистка сырья от примесей, рекуперация (повторное использование веществ), создание замкнутых циклов, безотходное производство и т.д.)

• планировочные (правильное взаиморасположение промышленной и жилых зон с учетом направления ветров и создание санитарно-защитных зон.

• санитарно-технические мероприятия (организация очистки пром. выбросов на очистных сооружениях) с целью как предупреждения попадания ЗВ в атмосферу, так и извлечения их из газовоздушных выбросов.

Удаление твердых и жидких частиц из газов производится по стадиям

• выделение частиц и перенос к стенкам аппаратов, используя силы гравитации, инерции, силы перехвата, диффузионные силы, электростатические силы. Для удаления пыли используют коагуляцию, термофарез, смачивание, ультразвук, магнитные силы.

• подача пыли в коллектор аппарата используют инерцию, смачивание, гравитацию и вибрацию.

• удаление пыли.

Методы классифицируются:

• сухие механические (силы тяжести и инерции),

• мокрые (на эффектах коагуляции под действием ультразвука),

• электростатические (применение неоднородного электрического поля, силы направлены в сторону увеличения напряженности поля. Стадии: частицы заряжаются → зараженные частицы удаляются к стенкам → собираются электродом), фильтрация через пористые волокна. Выбор зависит от эфеективности очистки, размера частиц, свойств газа, температуры точки росы.

Очистка от пыли.

Наиболее отработаны в настоящее время очистители от пыли, золы и других твердых частиц. Причем, чем мельче частицы, тем труднее обеспечивается очистка.

Все пылеуловители подразделяются на сухие и мокрые. К сухим относятся циклоны, пылеосадительные камеры и пылеуловители, фильтры и элек­трофильтры, которые наиболее отработаны и отлича­ются сравнительно простым устройством. Однако для удаления мелкодисперсных и газовых примесей их применение не всегда эффективно.

Мокрые пылеуло­вители (скрубберы форсуночные, цен­тробежные и Вентури, пенные и барботажные аппара­ты) работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхности капель, пленки или пены жидкости.

Из сухих пылеуловителей наиболее применимы ап­параты, работающие на принципе отделения тяжелых частиц от газов силами инерции (при раскрутке газов или их резком повороте).

Для тонкой очистки широко используются фильтры с зернистыми слоями (песок, титан, стекло и т. п.), с гибкими пористыми перегородками (ткань, резина, полиуретан и др.), с полужесткими и жесткими пере­городками (вязаные сетки, керамика, металл и др.). Часто применяют несколько ступеней очистки пыле­газовых выбросов и почти всегда одной из них являет­ся электрофильтр.

Электрофильтры высокоэффективны в борьбе с пы­лью и туманом. Работают на принципе осаждения ионизированных примесей на специальных электродах. Ударная ионизация газа происходит в зоне коронирующего разряда, возникающего между цилиндрическим конденсатором и осадительным электродом, располо­женным по оси цилиндра. Аэрозольные частицы в этой зоне адсорбируют на своей поверхности заряженные ионы и осаждаются на электродах.

Мокрые пылеуловители, как правило, применяют для тонкой очистки, что требует систем водоподготовки и шламоудаления. Кроме того, жидкость должна быть раздроблена на капли или пленки для увеличения ад­сорбирующей поверхности. Конструктивно это дости­гается разными способами. Например, дробление жид­кости происходит высокоскоростным потоком газа. В форсуночном скруббере вода дробится центробежным или струйным распылителем (форсункой), а в центро­бежном газ, как в циклоне, подается через тангенци­альные (касательные к стенке) входные каналы, обес­печивающие закрутку и движение газа навстречу жид­кости.

Газоочистка.

Аппараты газоочистки по принципу действия подразделяют на пять групп. Скруббер – газопромыватель, аппарат для очистки газа, основан на использовании очищающего действия жидкости при ее соприкосновении с газом. Наиболее распространены скрубберные газоочистители, которые работают на прин­ципе абсорбции - поглощение веществ жидкостью (аб­сорбентом). В качестве абсорбентов применяют воду (для поглощения аммиака, хлористого и фтористого водоро­да и т. п.); растворы сернистой кислоты и суспензий вязких масел (для хлора, сернистого ангидрида и т. п.), растворы извести или едкого натра (для оксидов азота, хлористого водорода) и др.

Метод хемосорбции основан на химической реак­ции при поглощении газов и паров жидкими погло­тителями с образованием малолетучих и сла­борастворимых соединений. Например, для отделе­ния сероводорода применяют щелочные растворы, причем процесс идет в скрубберных аппаратах того же типа, что и для метода абсорбции.

Метод адсорбции (задержания, извлечения) основан на способности некоторых твердых пористых тел селективно (избирательно) извлекать элементы. Адсор­бентами чаще всего служат:

• активированный уголь, имеющий поверхность пор до 10⁵—10⁶ м² на кг, хорошо адсорбирует серни­стые соединения, органические растворители и др.;

• оксиды простые и комплексные типа силикагеля, глинозема, цеолитов; они обладают высокой селективной способностью, которая, однако, сни­жается при повышении влажности газов.

Иногда их обрабатывают реактивами для хемосорбции. Адсорбенты требуют регенерации, которая чаще всего производится нагревом, продувкой паром или специальным реагентом.

Три других метода в настоящее время применяют­ся значительно реже и лишь для небольших выбро­сов: термический (дожигание), каталитический (ре­акция на катализаторы) и биохимический (работа мик­роорганизмов) .

Прямое сжигание - разновидность термического метода - применяется при утилизации горючих отхо­дов, с трудом поддающихся другой обработке (напри­мер, для лакокрасочной промышленности). Каталити­ческая обработка экономнее термической по времени процесса, но требует особого внимания к активности катализатора и его долговечности. Во многих случаях катализаторами служат благородные металлы или их соединения: платина, палладий, оксиды меди, марган­ца и др. Эффективность метода повышается с ростом температуры газов. Наиболее широко применяются каталитические нейтрализаторы для отработанных га­зов автомобилей.

Биохимическая очистка применяется для очистки газов, состав которых слабо меняется. Этот процесс происходит в биофильтрах или биоскрубберах, где мик­роорганизмы находятся в фильтрующей насадке из почвы, торфа, компоста и т. п. или в водной суспензии активного ила.

В целом выбор системы очистки определяется мно­гими факторами, важнейшие из которых:

• номенклатура и концентрация загрязнителей, их вредность;

• требуемая степень очистки (с учетом фонового загрязнения);

• объемы выбросов, их температура и влажность;

• наличие сорбентов и реагентов;

• потребность в продуктах утилизации; стоимостные оценки.

Основной технологической задачей является обеспечение максимального сниже­ния выбросов вредных веществ и теплоты, возврат их в исходный технологический процесс.

Для современного производства, как правило, тре­буется многоступенчатая очистка, особенно если номен­клатура примесей многообразна.

Лекция 6. Загрязнение гидросферы