2.5. Основні методи захисту біосфери від промислових викидів
Універсальних методів захисту біосфери, радикально вирішують проблему боротьби з забрудненнями, поки не існує, і тільки поєднання декількох науково обґрунтованих заходів в кожному конкретному випадку може привести до бажаного ефективного результату.
Розглянемо відомі методи захисту навколишнього середовища від промислових забруднень.
Організаційно-технічний метод - зменшення концентрацій і рівнів забруднення на шляху їх поширення в біосфері. Цей метод передбачає боротьбу за допомогою технічних засобів з уже утворився, внаслідок існуючого технологічного процесу, забрудненням.
Планувальні заходи. Цей метод дозволяє за рахунок раціонального розміщення джерел забруднення знизити їх вплив на людину. Промислове підприємство має розташовуватися на піднесеному місці, що добре продувається вітрами. Майданчик житлової забудови не повинна бути вище підприємства, в іншому випадку перевага високих труб для розсіювання промислових викидів практично зводиться нанівець. Взаємне розташування підприємств і населених пунктів визначається за середньою розі вітрів (переважного напрямку вітрів) теплого періоду року.
Виробничі будівлі і споруди промислових підприємств зазвичай розміщують по ходу виробничого процесу. Разом з тим цехи, які виділяють найбільшу кількість шкідливих речовин, слід розташовувати на краю виробничої території з боку, протилежного житлового масиву.
Засоби захисту атмосфери. На практиці реалізуються такі варіанти використання засобів захисту атмосфери:
- локалізація токсичних речовин в зоні їх утворення, очищення забрудненого повітря в спеціальних апаратах і його повернення в виробниче або побутове приміщення;
- локалізація токсичних речовин в зоні їх утворення, очищення забрудненого повітря, технологічних і газових викидів або відпрацьованих газів в спеціальних апаратах, викид і розсіювання в атмосфері.
Класифікація апаратів очистки вентиляційних і технологічних викидів в атмосферу приведена на рис. 1 [4].
Мал. 1. Класифікація апаратів очистки вентиляційних технологічних газових викидів
Основні характеристики пиловловлювачів
Пилеуловлювальне обладнання відокремлює тверді частинки від газового потоку. Вибір методу і апарату для уловлювання пилу в першу чергу залежить від їх дисперсного складу.
Широке застосування для сухого очищення газів отримали циклони різних типів, що використовують інерційний механізм осадження пилу.
Один з них представлений на рис. 2. Газовий потік вводиться в циклон через патрубок 1 по дотичній до внутрішньої поверхні корпусу 2 і здійснює обертально-поступальний рух уздовж корпусу до бункера 3. Під дією відцентрової сили частки пилу утворюють на стінці циклону пиловий шар, який разом з частиною газу потрапляє в бункер . Відділення частинок пилу від газу відбувається при повороті газового потоку в бункері на 180 °. Звільнившись від пилу, газовий потік утворює вихор і виходить з бункера, даючи початок вихору газу, який залишає циклон через вихідну трубу 4.
Серед апаратів мокрого очищення з осадженням частинок пилу на поверхню крапель на практиці більш застосовні скрубери Вентурі
(Рис. 3). Запилений потік газу через сопло Вентурі 1 подається зі швидкістю 15-20 м / с. У конфузорной частини сопла відбувається розгін газу в вузької частини сопла до швидкості 30-200 м / с, сюди ж через відцентрову форсунку 2 підводиться вода на зрошення. У диффузорной частини сопла потік гальмується до швидкості 15-20 м / с і подається в каплеуловитель 3. виконаний у вигляді прямоточного циклону. До недоліків мокрих пиловловлювачів відноситься освіту в процесі очищення шламу, що вимагає спеціальних систем для його переробки; винос вологи в атмосферу; необхідність створення оборотних систем подачі води в пиловловлювач.
Апарати мокрого очищення працюють за принципом осадження частинок пилу на поверхню або крапель рідини, або плівки рідини. Осадження частинок пилу на рідину відбувається під дією сил інерції і броунівського руху. Броунівський рух характерно для частинок пилу не менше 1 мкм, які не володіють достатньою кінетичної енергією і при зближенні зазвичай огинають краплі.
В основі роботи фільтрів лежить процес затримування частинок домішок на пористих перегородках фільтроелементів. Широко використовуються для виготовлення фільтроелементів різні тканини і повсть з синтетичних волокон, губчаста гума, пінополіуретан стружка, кераміка, пористі метали, гравій та ін.
Електричний пиловловлювач. Робота електричного пиловловлювача заснована на створенні сильного електричного поля за допомогою випрямленого струму високої напруги, що підводиться до коронирующим і осаджувальних електродів. При проходженні запиленого повітря через зазор між електродами відбувається іонізація молекул повітря з утворенням позитивних і негативних іонів. Іони, адсорбируясь на частинках пилу, заряджають їх позитивно чи негативно, після чого пил осідає на електродах з зарядом протилежного знака. Ці електроди періодично струшувати за допомогою спеціального механізму, після чого пил збирається в бункері, звідки видаляється. Принципова схема двухзонного електрофільтру типу ФЕ і Ріоні приведена на рис. 4.
Мал. 4. Двозонний електрофільтр ФЕ і Ріоні:
1 і 2 - позитивні і негативні електроди відповідно;
3 і 4 - осаджувальні електроди
У електрофільтрі забруднене повітря зі швидкістю V
2 м / с проходить іонізатор, до складу якого входять позитивні 1 і негативні 2 електроди. Заряд частинки пилу повітряними потоками захоплюються в осадитель, що представляє собою систему пластин осаджувальних електродів 3 і 4. де частинки осідають на пластинках протилежної полярності.
Тумановловлювачі. Для очищення повітря від туманів кислот, лугів, масел і інших рідин використовують волокнисті фільтри, принцип дії яких заснований на осадженні крапель на поверхні пір з подальшим стеканием рідини під дією сил тяжіння.
Тумановловлювачі поділяють на низькошвидкісні (рис. 5) і високошвидкісні (рис. 6).
У простір між двома циліндрами 3. виготовленими з сіток, поміщається волокнистий фільтроелемент 4. який кріпиться через фланець 2 до корпусу туманоуловітелі 1. Рідина, що осіло на фільтроелементі, стікає на нижній фланець 5 і потім через трубку гідрозатвори 6 і стакан 7 зливається з фільтра.
Волокнисті низькошвидкісні туманоуловітелі забезпечують дуже високу ефективність очищення (до 0,999) газу від частинок розміром менше 3 мкм і повністю вловлюють частинки більшого розміру. Волокнисті шари формуються набиванням скловолокна діаметром від 7 до 30 мкм або полімерних волокон (лавсан, ПВХ, поліпропілен) діаметром від 12 до
40 мкм. Товщина шару складає 5-15 см.
Апарати для уловлювання парів і газов.Абсорбери. Метод абсорбції - очищення газових викидів від газів і парів, заснована на поглинанні останніх рідиною. Вирішальною умовою для застосування методу абсорбції являтся розчинність парів або газів в абсорбенту. Найпростішим абсорбентом є вода, яка застосовується для видалення з технологічних викидів таких газів, як аміак, хлористий і фтористий водень, двоокис сірки. Як абсорбентів, в залежності від улавливаемого газу, застосовують солі натрію, калію, заліза, ароматичні аміни, аміачні розчини, луги, в'язкі масла і інші речовини.
Для високоефективного протікання процесу абсорбції застосовують різні абсорбери: насадок вежі, форсункові, барботажно-пінні і інші скрубери. Конструкція найпростішої насадок вежі приведена на рис. 7. Забруднене газ входить в нижню частину вежі, а очищений залишає її через верхню, куди за допомогою одного або декількох розпилювачів вводять чистий абсорбент, а з нижчою відбирають оброблений розчин.
Хімічно інертні насадки, що заповнюють внутрішню порожнину колонки, призначені для збільшення поверхні рідини, що розтікається по ній у вигляді плівки. Як насадок використовують тіла різної геометричної форми, виконані з кераміки, фарфору, пластмаси, металу.
Мал. 7. Фото і конструкція насадок вежі
Відпрацьований розчин, який залишає абсорбер, зазвичай піддають регенерації, десорбіруя забруднююча речовина, повертають в процес або виводять як відходу.
Хемосорбери. Метод хемосорбції базується на поглинанні газів і парів твердими або рідкими поглиначами з утворенням малолетучих або малорозчинних хімічних сполук. Прикладом хемосорбції може служити очищення газоповітряної суміші від сірководню із застосуванням миш'яково-лужного розчину. При цьому сірководень зв'язується оксісульфомишьяковой сіллю, що знаходиться у водному розчині:
Проводячи регенерацію розчину, отримують як побічний продукт сірку:
Для реалізації процесу хемосорбції використовують ті ж апарати, що і при абсорбції, - насадок вежі, різні типи скрубберов.
Адсорбер. Метод адсорбції заснований на здатності деяких тонкодисперсних тел селективно витягувати і концентрувати на своїй поверхні окремі компоненти газової суміші. Адсорбція підрозділяється на фізичну адсорбцію і Хемосорбція. При фізичної адсорбції молекули газу прилипають до поверхні твердого тіла під дією міжмолекулярних сил тяжіння, а при хемосорбції відбувається хімічна взаємодія між адсорбентом і адсорбуючим речовиною. Адсорбер застосовують для очищення повітря від парів розчинників, ефіру, ацетону, різних вуглеводнів, сірчистого ангідриду, парів ртуті і т.д. Як адсорбенти, в залежності від виду витягується газу, застосовують активоване вугілля, авізував глинозем, силікагель, синтетичні цеоліти та інші речовини.
Конструктивно адсорбер виконуються у вигляді ємностей, заповнених пористим адсорбентом, через який фільтрується потік газу, що очищається. Як приклад можна привести патрони з адсорбентом, що застосовуються в фільтруючих респіраторах і протигазах.
Термічні нейтралізатори. Термічна нейтралізація заснована на здатності горючих газів і парів, що входять до складу вентиляційних або технологічних викидів, згоряти з утворенням менш токсичних речовин.
Розрізняють три схеми нейтралізації:
Пряме спалювання використовують в тих випадках, коли очищаються гази мають значну енергією, достатньою для підтримки горіння.
Прикладом такого процесу є смолоскипна спалювання горючих відходів. Так нейтралізують ціаністий водень в вертикально спрямованих факелах на нафтохімічних заводах.
Термічне окислення знаходить застосування в тих випадках, коли очищаються гази мають високу температуру, але не містять достатньо кисню, або коли концентрація горючих речовин незначна і недостатня для підтримки полум'я. У першому випадку процес термічного окислення проводять в камері з подачею свіжого повітря (дожигания СО, Сn Нm), а в другому - при подачі додатково природного газу.
Каталітичне допалювання використовують для перетворення токсичних компонентів, що містяться в газах, в нетоксичні або менш токсичні шляхом їх контакту з каталізаторами. На практиці в якості каталізаторів використовують платину, паладій, оксиди міді, марганцю, інші благородні метали і їх з'єднання. Даним методом знешкоджують оксиди вуглецю, леткі вуглеводні, розчинники, відпрацьовані гази. Як приклад розглянемо реакцію окислення толуолу, що міститься в газоповітряних викидах цехів забарвлення. Реакція протікає в присутності марганцевої руди при температурі t = 250-350 ° С:
Каталітичні методи очищення застосовують і для нейтралізації вихлопних газів автомобілів.
Апарати багатоступінчастої очищення. Одноступінчаті системи не завжди забезпечують високоефективну очистку викидів. Для підвищення ефективності очищаються гази послідовно пропускають через кілька автономних апаратів очистки або через один агрегат, що включає кілька ступенів очищення. Багатоступеневу очистку застосовують також і в тому випадку, коли необхідне очищення повітря одночасно від газів і твердих домішок, від твердих домішок і краплинної рідини, від декількох газів.
Застосування конкретних методів і відповідних апаратів залежить від виду забруднюючих речовин та від заданого ступеня очищення повітря.
Процес очищення від шкідливих домішок із застосуванням будь-якого способу очищення характеризується рядом параметрів, основними з яких є ефективність очищення
де Свх і Свих - масові концентрації домішок в газі до і після очищення. Якщо очищення ведеться в системі послідовно з'єднаних апаратів, то їх загальна ефективність очищення визначається за формулою