Методы защиты атмосферы от загрязнений. Технические средства и методы защиты атмосферы. Экологические последствия загрязнения 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.

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

Предыдущие материалы:

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

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

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

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

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

Абсорбционные методы очистки отходящих газов подразделяют по следующим признакам:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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.

Устройство санитарно-защитных зон и архитекгурно-планировочные мероприятия.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Защита атмосферы Для атмосферы характерна чрезвычайно высокая динами чность, обусловленная как бы стрым перемещением воздушных масс в латера льном и вертикальном направлениях, так и вы сокими скоростями, разнообр азием протекающих в ней физико-химических реакций. Атмо сфера рассматри вается как огромный «химический котел», который находится под воздейст вием многочисленных и изменчивых антропогенных и природных факторов. Г азы и аэрозоли, выбрасываемые в атмосферу, характеризуются высокой реак ционной способностью. Пыль и сажа, возникающие при сгорании топлива, лес ных пожарах, сорбируют тяжелые ме таллы и радионуклиды и при осаждении н а поверхность могут загрязнить обширные террито рии, проникнуть в орган изм человека через органы дыхания. Загрязнением атмосферы считается прямое или косвенное введени е в нее любого вещества в таком количестве, которое воздействует на каче ство и состав наружного воздуха, нанося вред людям, живой и неживой приро де, экосистемам, строительным материалам, природным ресурсам – всей окр ужающей среде. Очистка воздуха от при месей. Для защиты атмосферы о т 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 решени я. Безотходная и малоотх одная технология Экологизация тех проц ессов – это создание замкнутых технологических циклов, безотходных и м алоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных заг рязняющих веществ. Наиболее надежным и самым экономичным способом охраны биосферы от вред ных газовых выбросов является переход к безотходному производству, или к безотходным технологиям. Термин «безотходная технология» впервые пр едложен академиком Н.Н. Семеновым. Под ним подразумевается создание опти мальных технологических систем с замкнутыми материальными и энергети ческими потоками. Такое производство не должно иметь сточных вод, вредн ых выбросов в атмосферу и твердых отходов и не должно потреблять воду из природных водоемов. То есть понимают принцип организации и функциониро вания производств, при рациональном использовании всех компонентов сы рья и энергии в замкнутом цикле: (первичные сырьевые ресурсы – производство – потреблен ие – вторичные сырьевые ресурсы). Конечно же, понятие «безотходное производство» имеет несколько условн ый характер; это идеальная модель производства, так как в реальных услов иях нельзя полностью ликвидировать отходы и избавиться от влияния прои зводства на окружающую среду. Точнее следует называть такие системы мал оотходными, дающими минимальные выбросы, при которых ущерб природным эк осистемам будет минимален. Малоотходная технология является промежуто чной ступенью при создании безо тходного про изводства. В настоящее время определилось несколько основных направлений охраны биосферы, которые в конечном счете ведут к созданию безотходных техноло гий: 1) разработка и внедрение п ринципиально новых технологических процессов и систем, работающих по з амкнутому циклу, позволяющих исключить образование основного количест ва отходов; 2) переработка отходов производства и потребления в качес тве вторичного сырья; 3) создание территориально-промышленных комплексов с замк нутой структурой материальных потоков сырья и отходов внутри комплекс а. Важность экономного и рационального использования природных р есурсов не требует обоснований. В мире непрерывно растет потребность в с ырье, производство которого обходится всё дороже. Будучи межотраслевой проблемой, разработка малоотходных и безотходных технологий и рациона льное использования вторичных ресурсов требует принятия межотраслевы х решений. Разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем, работающих по замкнутому циклу, позволяющих исключить образов ание основного количества отходов, является основным направлением тех нического прогресса. Очистка газовых выбро сов от вредных примесей Газовые выбросы класс ифицируются по организации отвода и контроля – на организованные и нео рганизованные, по температуре на нагретые и холодные. Организованный выброс – это выброс, поступающий в атмосф еру через специально сооруженные газоходы, воздуховоды, трубы. Неорганизованные называют промышленные выбросы, поступающие в атмосфе ру в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушения герметичн ости оборудования. Отсутствие или неудовлетворительной работы оборудо вания по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки и хранения продукта. Для снижения загрязнения атмосферы от промышленных выбросов использую т системы очистки газов. Под очисткой газов понимают отделение от газа и ли превращение в безвредное состояние загрязняющего вещества, поступа ющего от промышленного источника. Средства защиты атмосферы должны ограничивать налич ие вредных веществ в воздухе среды обитания человека на уровне не выше П ДК. Во всех случаях должно соблюдаться усло вие: С+Сф 30 мкм. Для частиц с d = 5-30 мкм степень очистки снижается до 80%, а при d == 2-5 мкм она составляет менее 40%. Диаметр частиц, ул авливаемых циклоном на 50%, можно опреде лить по эмпирической формуле Гидравлическое сопротивление высокопроизводительных циклонов соста вляет около 1080 Па. Ци клоны широко применяют при грубой и средней очистке газа от аэрозолей. Другим типом центробежного пылеуловителя служит ротоклон, состоящий и з ротора и вентилятора, помещенного в осадительный кожух. Лопасти вентил ятора, вращаясь, направляют пыль в канал, который ведет в приемник пыли. Циклонные аппараты наиболее распространены в промышленности, так как у них отсутствуют движущиеся части в аппарате и высокая надежнос ть работы при температуре газов до 500 0 С, улавл ивание пыли в сухом виде, почти постоянное гидравлическое сопротивлени е аппарата, простота изготовления, высокая степень очистки. Недостатки: высокое гидравлическое сопротивление 1250-1500 Па, плохое улавлив ание частиц размером меньше 5мкм. Для очистки газов используют также фильтры. Фильтрация основана на прохождении очищаемого газа через различные фи льтрующие материалы. Фильтрующие перегородки состоят из волокнистых и ли зернистых элементов и условно подразделяются на следующие типы. Гибкие пористые перегородки – тканевые материалы из природных, синтет ических или минеральных волокон, нетканные волокнистые материалы (войл оки, бумаги, картон) ячеистые листы (губчатая резина, пенополиуретан, мемб ранные фильтры). Фильтрация - весьма распространенный прием тонкой очистки газов. Ее п реимущества - сравн ительная низкая стоимость оборудования (за исключением металлокерамич еских фильтров) и высокая эффективность тонкой очистки. Недостатки филь трации высокое гидравлическое сопротивление и быстрое забивание фильт рующего материала пылью. Очистка выбросов газообразных веществ промышленных пред приятий В настоящее время, когд а безотходная технология находится в периоде становления и полностью б езотходных предприятий еще нет, основной задачей газоочистки служит до ведение содержания токсичных примесей в газовых примесях до предельно допустимых концентраций (ПДК), установленных санитарными нормами. Промышленные способы очистки газовых выбросов от газо- и парообразных т оксичных примесей можно разделить на пять основных групп: 1 Метод абсорбции – заключается в поглощении отде льных компонентов газообразной смеси абсорбентом (поглотителем) в каче стве которого выступает жидкость. Абсорбенты, применяемые в промышленности, оце ниваются по следующим показателям: 1) абсорбционная ем кость, т. е. растворимость извлекаемого компонента в поглотителе в завис имости от температуры и давления; 2) селективность, ха рактеризуемая соотношением растворимостей разделяемых газов и скорос тей их абсорбции; 3) минимальное давл ение паров во избежание загрязнения очищаемого газа парами абсорбента; 4) дешевизна; 5) отсутствие корро зирующего действия на аппаратуру. В качестве абсорбентов применяют воду, растворы аммиака, едких и карбонатных щелоч ей, солей марганца, этаноламины, масла, суспензии гидроксида кальция, окс идов марганца и магния, сульфат магния и др. Например, для очистки газов от аммиака, хлористого и фтористого водорода в качестве абсорбента исполь зуют воду, для улавливания водяных паров – серную кислоту, для улавлива ния ароматических углеводородов – масла. Абсорбционная очистка - непрерывный и, как правило, ц иклический процесс, так как поглощение примесей обычно сопровождается регенерацией поглотительного раствора и его возвращением в начале цик ла очистки. При физической абсорбции регенерацию абсорбента проводят н агреванием и снижением давления, в результате чего происходит десорбци я поглощенной газовой примеси и ее концентрированно. Для реализа ции процесса очистки применяют абсорберы различных конструкций (плено чные, насадочные, трубчатые и др.). Наиболее распространен насадочный скр уббер, применяемый для очистки газов от диоксида серы, сероводорода, хло роводорода, хлора, оксида и диоксида углерода, фенолов и т. д. В насадочных скрубберах скорость массообменных процессов мала из-за малоинтенсивно го гидродинамического режима этих реакторов, работающих при скорости г аза 0,02-0,7 м/с. Объемы ап паратов поэтому велики и установки громоздки. Абсорбционные методы характеризуются непрерывностью и универсальн остью процесса, экономичностью и возможностью извлечения больших коли честв примесей из газов. Недостаток этого метода в том, что насадочные ск рубберы, барботажные и даже пенные аппараты обеспечивают достаточно вы сокую степень извлечения вредных примесей (до ПДК) и полную регенерацию поглотителей только при большом числе ступеней очистки. Поэтому технол огические схемы мокрой очистки, как правило, сложны, многоступенчаты и о чистные реакторы (особенно скрубберы) име ют большие объемы. Любой процесс мокрой абсорбционной очистки выхлопных газов от газо- и парообразных примесей целесообразен только в случае его цикличн ости и безотходности. Но и циклические системы мокрой очистки конкур ентоспособны только тогда, когда они совмещены с пылеочисткой и охлажде нием газа. 2. Метод хемосорбции – основан на поглощении газов и паров твердыми и жид кими поглотителями, в результате чего образуются мало летучие и малорас творимые соединения. Большинство хемосорбционных процессов газоочист ки обратимы, т. е. при повышении температуры поглотительного раствора хи мические соединения, образовавшиеся при хемосорбции, разлагаются с рег енерацией активных компонентов поглотительного раствора и с десорбцие й поглощенной из газа примеси. Этот прием положен в основу регенерации х емосорбентов в циклических системах газоочистки. Хемосорбция в особен ности применима для тонкой очистки газов при сравнительно небольшой на чальной концентрации примесей. 3. Метод адсорбции - основан на улавливании вредных газовых примесей поверхностью твердых тел, высоко пористых материалов, обладающих развитой удельной поверхностью. Адсорбционные методы применяют для различных технологических целей - разделение парогазовых смесей на компоненты с выделени ем фракций, осушка газов и для санитарной очистки газовых выхлопов. В пос леднее время адсорбционные методы выходят на первый план как надежное с редство защиты атмосферы от токсичных газообразных веществ, обеспечив ающее возможность концентрирования и утилизации этих веществ. Промышленные адсорбенты, чаще всего применяемые в газоочистке, - это активированный уго ль, силикагель, алюмогель, природные и синтетические цеолиты (молекулярн ые сита). Основные требования к промышленным сорбентам - высокая поглотительная сп особность, избирательность действия (селективность), термическая устой чивость, длительная служба без изменения структуры и свойств поверхнос ти, возможность легкой регенерации. Чаще всего для санитарной очистки га зов применяют активный уголь благодаря его высокой поглотительной спо собности и легкости регенерации. Известны различные конструкции адсорбентов (вертикальн ые, используемые при малых расходах, горизонтальные, при больших расхода х, кольцевые). Очистку газа осуществляют через неподвижные слои адсорбен та и движущиеся слои. Очищаемый газ проходит адсорбер со скоростью 0,05-0,3 м/с. После очистки ад сорбер переключается на регенерацию. Адсорбционная установка, состоящ ая из нескольких реакторов, работает в целом непрерывно, так как одновре менно одни реакторы находятся на стадии очистки, а другие - на стадиях регенерации, ох лаждения и др. Реген ерацию проводят нагреванием, например выжиганием органических веществ, пропусканием острого или перегретого пара, воздуха, инертного газа (азо та). Иногда адсорбент, потерявший активность (экранированный пылью, смол ой), полностью заменяют. Наиболее перспективны непрерывные циклические процессы адсорбцион ной очистки газов в реакторах с движущимся или взвешенным слоем адсорбе нта, которые характеризуются высокими скоростями газового потока (на по рядок 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 ле гкость регенерации этих примесей с превращением их в товарный продукт и ли возвратом в производство; таким образом осуществляется принцип безо тходной технологии. Адсорбционный метод особенно рационален для удале ния токсических примесей (органических соединений, паров ртути и др.), сод ержащихся в малых концентрациях, т. е. как завершающий этап санитарной оч истки отходящих газов. Недостатки большинства адсорбционных установок - периодичность 4. Метод каталитического окисления – основан на удалении примес ей из очищаемого газа в присутствии катализаторов. Действие катализаторов проявляется в промежуточном химическом взаимодействии катализатора с реагирующими веществами, в р езультате чего образуется промежуточные соединения. В качестве катализаторов применяют металлы и их соединения (оксиды меди, марганца и др.) Катализаторы имеют вид шаров, к олец или другую форму. Особенно широко этот метод используется для очист ки выхлопных газов ДВС. В результате каталитических реакций примеси, находящиес я в газе, превращаются в другие соединения, т. е. в отличие от рассмотренны х методов примеси не извлекаются из газа, а трансформируются в безвред ные соединения, присутстви е которых допустимо в выхлопном газе, либо в соединения, ле гко удаляемые из газового потока. Если образовавшиеся вещества подлежа т удалению, то тре буются 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 невысоки х температурах и обычном давлении, а также при весьма малых начальных ко нцентрациях примесей. Каталитические методы позволяют утилизировать р еакционную теплоту, т.е. создавать энерготехнологические системы. Устан овки каталитической очистки просты в эксплуатации и ма логабаритны. Недостаток многих процессов каталитической очистки - образование новых веществ, которые подлежат удалению из газа другими методами (абсорбция, адсорбц ия), 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 загрязнителе й или оксида углерода. Простейший метод - факельное сжигание - возможен, когда концентра ция горючих загрязнителей близка к нижнему пределу воспламенения. В это м случае примеси служат топливом, температура процесса 750- 900 °С и теплоту горения прим есей можно утилизировать. Когда концентрация горючих примесей меньше нижнего предела воспламене ния, то необходимо подводить некоторое количество теплоты извне. Чаще вс его 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 достаточ но высоком содержании горючих примесей, иначе возрастает расход добавл яемого горючего газа. Рассеивание пылегазовых выбросов в атмосферу. При любом способе очис тке, часть пыли и газов остается в воздухе, выбрасываемом в атмосферу. Рас сеивание газовых выбросов используют для снижения опасных концентраци й примесей до уровня соответствующего ПДК. Используют различные технол огические средства для осуществления процесса рассеивания: трубы, вент иляционные устройства. На процессы рассеивания выбросов существенное влияние оказывает состо яние атмосферы, расположение предприятий и источников выбросов, характ ер местности и т. д. Горизонтальное перемещение примесей определяется в основном скоростью ветра, а вертикальное – распределением температур в вертикальном направлении. При распределении концентрации вредных веществ в атмосфере над факело м организованного высокого источника выброса выделяют 3 зоны загрязнен ия атмосферы: Рис. 1. Переброс факела выбросов, характеризующийся относительно невысоким с одержанием вредных веществ в приземном слое атмосферы. 2. Зона задымления с максимальным содержанием вредных веществ и постепен ное снижение уровня загрязнения. Эта зона является наиболее опасной для населения. Размеры этой зоны в зависимости от метеорологических услови й находятся в пределах 10-49 высоты трубы. 3. Зона постепенного сниж ения уровня загрязнения. При невозможности достигнуть ПДК очисткой иногда при меняют многократное разбавление токсичных веществ или выброс газов че рез высокие дымовые трубы для рассеивания примесей в верхних слоях атмо сферы. Теоретическое определение концентрации примесей в нижних слоях атмосферы в зависимости от высоты трубы и других факторов связано с зако нами турбулентной диффузии в атмосфере и пока разработано не полностью. Высоту трубы, необходимую, чтобы обеспечить ПДК токсичных веществ в нижн их слоях атмосферы, на уровне дыхания, определяют по приближенным формул ам, например: ПДВ = где ПДВ - предельно допустимый выброс вредных примесей в атмосферу, обеспечивающий концен трацию этих веществ в приземном слое воздуха не выше ПДК, г/с; Н - высота трубы, м; V - объем газового выброса, м^с; ∆ t - разность между температурами газового выброса и окружаю щего воздуха, °С; А - коэффициент, определяющий условия вертикального и горизонтального рас сеив ания вредных веществ в воздухе; F - безразмерный к оэффициент, учи тывающий скорость седиментации вредных веществ в атмос фере; т - коэффициент, учитывающий условия выхода газа из устья тр убы, его определяют графически или приближенно по формуле: Метод достижения ПДК с помощью «высоких труб» служит лишь паллиативом, т ак как не предохраняет атмосферу, а лишь переносит загрязнения из одного района в другие. Устройство санитарно-защитных зон Санитарно-з ащитная зона - это полоса, отделяющая источники промышленного загрязнен ия от жилых или общественных зданий для защиты населения от влияния вред ных факторов производства. Ширину санитарно-защитных зон устанавливают в зависимости от класса пр оизводства, степени вредности и количества, выделенных в атмосферу веще ств, и принимают равной от 50 до 1000 м. Санитарно-защитная зона должна быть благоустроена и озеленена. Различают 3 типа зон: Круговые, при полном окружении предприятия жилой застройкой; Секторные, при частичном окружении предприятия жилой застройкой и прим ыкания завода к естественной природной преграде. Трапециидальные, при отрыве предприятия от селитебной зоны. Устройство са н-защитных зон – вспомогательное средство защиты, так как очень дорогос тоящее мероприятие, это увеличение протяженности дорог, коммуникаций и т.д. Архитектур но-планировочные мероприятия включают правильное взаимное размещение источников выброса в населенных пунктах с учетом направления ветра, выб ор под застройку промышленного предприятия ровного возвышенного места, хорошо продуваемого ветрами, сооружение автомобильных дорог в обход на селенных пунктов и др.

Загрязнители воздуха могут находиться в разном агрегатном состоянии – это может быть состояние пыли, тумана, газопарообразных примесей. Их можно разделить на первичные – эти загрязнители непосредственно поступают в атмосферу и вторичные , являющиеся результатом их превращений.

Замечание 1

Например, сернистый газ, поступающий в атмосферу, окисляется до серного ангидрида. Взаимодействуя с водяным паром серный ангидрид, образует капли серной кислоты, образуя кислотные дожди.

В выбросах промышленных предприятий содержатся твердые взвешенные или жидкие частицы. Они представляют собой двухфазные системы. Газы в этой системе являются сплошной фазой , а твердые или жидкие частицы относятся к дисперсной фазе . Исходя из этого, системы очистки воздуха должны быть разные.

Очистка от пыли состоит из 4-х основных групп:

Сухие пылеуловителя;
Мокрые пылеуловители;
Электрофильтры;
Фильтры.

Пылеуловители и электрофильтры используются тогда, когда содержание пыли в воздухе повышенно. Тонкая очистка воздуха при концентрации примесей меньше $100$ мг/куб. м осуществляется с помощью фильтров. Присутствующие в воздухе примеси в виде жидкостей – кислот, щелочей, масел, создающих туман, убирают с помощью туманоуловителей и используют для этого волокнистые фильтры . От выбранного метода очистки воздуха зависят средства защиты от газообразных примесей.

В связи с этим выделяют:

Метод промывки вредных веществ их растворителями или метод абсорбции ;
Метод адсорбции . Газообразные примеси поглощаются за счет катализаторов;
Метод хемосорбции , с помощью которого происходит промывка выбросов растворами реагентов. Реагенты связывают примеси химически;
Сжигание или метод термической нейтрализации;
Каталитический метод.

Весь процесс по очистке воздуха можно охарактеризовать основными параметрами:

Насколько эффективна общая очистка воздуха, показывающая степень снижения вредных веществ в применяемом средстве. Эффективность характеризуется коэффициентом $h= \frac{C_{вх} – C_{вых}}{C_{вх}}.$ Cвх и Cвых, представляют концентрацию вредных веществ до и после очистки воздуха.

Оказываемое гидравлическое сопротивление . Это разность давления на входе и выходе из системы очистки $DP=\frac{xrV2}{2}$, $X$ – гидравлическое сопротивление, $r$– плотность воздуха (кг/ куб. м), $V$ – скорость воздуха (м/с). Производительность процесса показывает, какой объем воздуха проходит через систему за единицу времени (куб.м/час).

Механические системы очистки воздуха

Чтобы промышленные выбросы очистить от твердых и жидких вредных примесей используют улавливающие аппараты различных конструкций.

Принцип их работы:

Инертное осаждение . Суть его заключается в том, что направление вектора скорости движения выброса резко изменяется. Под действием инерционных сил твердые частицы будут двигаться в прежнем направлении, и попадать в приёмный бункер.

Осаждение гравитационными силами . Осаждение под их действием происходит из-за различной кривизны траектории движения газов и частиц. Вектор скорости его движения направлен горизонтально.

Осаждения центробежными силами . Суть его в том, что вредным выбросам придается вращательное движение внутри циклона и твердые частицы в результате этого центробежной силой отбрасываются к сетке. Поскольку центробежное ускорение больше ускорения силы тяжести в $1000$ раз, то удалить можно даже мелкие частицы. Циклоны, как правило, используются для сухой очистки воздуха. Частицы пыли осаждаются на стенках корпуса, а затем попадают в бункер. Через специальную выходную трубу выходит чистый воздух. Важным в этом процессе является герметичность бункера, чтобы осаждаемые частицы пыли не попали в выходную трубу. Концентрация и размер частиц пыли влияют на эффективность циклонов. Улавливающая способность циклонов в общей степени составляет $95$ %. Небольшие размеры, отсутствие движущихся деталей, простота конструкции являются основными преимуществами циклонов. К недостаткам относятся затраты энергии на вращение и значительный абразивный износ его частей.

Механическая фильтрация выброса через пористую перегородку. В процессе такой фильтрации задерживаются аэрозольные частицы, и полностью проходит газовая составляющая.

К механической системе очистки воздуха относятся мокрые пылеуловители . Это скрубберы , особенностью которых является эффективность очистки от мелкодисперсной пыли. Данные системы очищают от пыли горячие и взрывоопасные газы. Принцип их работы заключается в осаждении частиц пыли под действием сил инерции на поверхность жидких капель. В качестве такого химического орошающего агента может быть известковое молоко, которое подаётся в скруббер. В этом случае будет происходить химическая очистка газов. Сухие пылеуловители очистку от пыли движущегося воздуха производят механически под действием сил гравитации и инерции и называются инерционными . Если направление движения воздуха будет резко изменено, то частицы пыли по инерции сохранят направление своего движения, ударятся о поверхность, потеряют свою энергию и, под действием сил гравитации, осядут в специальном бункере.

Один из эффективных способов очистки газов от пыли является электрический способ , который осуществляется с помощью электрофильтров. В неоднородном электрическом поле, создаваемом между коронирующим и осадительным электродами, действует ударная ионизация газа. Попавшие между электродами загрязненные газы, вследствие частичной ионизации, проводят электрический ток. Частицы с отрицательным зарядом направляются к осадительному электроду, с положительным зарядом оседают на коронируюшем электроде. Если учесть, что частицы пыли получают в основном отрицательный заряд, то её основная масса будет находиться на положительном осадительном электроде. Удалить её с этого электрода не является большой сложностью. С помощью электрофильтров очистка газов доходит до $97$ %. В этом процессе тоже есть свои преимущества – удаляются мелкие частицы от $0,2$ мкм и свои недостатки – большой расход энергии, необходимость следить за чистотой электродов, высокие требования к технике безопасности.

Тонкую очистку выбросов производят с помощью фильтров, которые имеют пористую перегородку. В процессе фильтрования воздуха перегородка задерживает твердые частицы. Чаще всего промышленность использует тканевые рукавные фильтры, в корпусе которых устанавливается нужное число рукавов. Загрязненный воздух подается на рукава, а очищенный воздух выходит через патрубок. Поскольку рукава содержат загрязненные частицы и насыщены ими, то их обычно продувают и встряхивают для удаления осажденной пыли.

Физико-химические методы очистки загрязненного воздуха

Среди физико-химических методов очистки воздуха надо назвать метод абсорбции . Суть его заключается в разделении на составные части газовоздушной смеси. Происходит это разделение при поглощении газовых компонентов абсорбентом , который и является поглотителем . Абсорбент имеет определенный состав и выбирается исходя из того, как в нем растворяется поглощаемый газ.

Замечание 2

Например, чтобы удалить из выбросов аммиак, хлористый водород, в качестве поглотительной жидкости применяют воду . Серная кислота используется для улавливания водяного пара, а вязкими маслами удаляют ароматические углеводороды.

Чаще всего в абсорберы подается жидкий реагент вместо воды. От скрубберов абсорберы отличаются тем, что имеют насадку, которая увеличивает площадь поверхности контакта газа и жидкости. Происходит механическая и, в основном, химическая очистка газов от целого ряда вредных выбросов, среди которых оксиды азота, сера, уголь, сероуглерод, меркаптан. Высокая скорость абсорбции достигается при высоком давлении и низкой температуре.

Метод адсорбции , среди всех методов защиты воздушного бассейна он относится к одному из самых распространенны х. В основе метода лежат физические свойства ряда пористых материалов, способных извлекать отдельные компоненты из газовоздушной смеси. Основным адсорбентом в промышленности является активированный уголь . С помощью адсорбции проводится очистка вредных выбросов при высоких температурах. Используют активированный уголь для очистки газов от рекуперации растворителей, дурно пахнущих веществ и др. С точки зрения конструкции адсорберы представляют собой заполненные адсорбентом вертикальные или горизонтальные ёмкости и через них проходит поток очищаемых газов.

Хемосорбция как метод очистки основана на поглощении паров и газов. Поглощение осуществляется жидкими или твердыми поглотителями с образованием химических соединений. Применяемые для этого метода установки напоминают абсорберы.

Каталитический метод использует специальное вещество – катализатор , при взаимодействии с которым токсичные компоненты газовоздушной смеси становятся безвредными веществами. Катализаторами могут быть металлы и их соединения, например, платина, оксиды меди, марганца. Катализаторы ускоряют химический процесс и могут быть в виде шаров, колец, спиральной проволоки.

Чтобы очистить газ от вредных веществ используют термический метод , который требует поддержания высоких температур и наличия кислорода. С помощью термических катализаторов сжигаются углеводороды, оксид углерода, выбросы, сделанные с лакокрасочного производства.

Классическим примером очистки газов этим способом являются факелы на нефтеперерабатывающих заводах. Отработавшие газы предприятия, имеющие разное содержание горючих веществ, собирают в одну магистраль и на высоте около $100$ м сжигаются. Сжигание этих газов обязательно, потому что они ядовиты и взрывоопасны. В результате сжигания вредных примесей происходит полная очистка газов с выделением оксида углерода и пара, но при этом расходуется много топлива.