ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ

АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Методы очистки и обезвреживания отходящих газов

Загрязнения в атмосферу поступают из антропогенных источников непрерывно или периодически, залпами или мгновенно. Определенную эмиссию загрязнителей обусловливают даже неработающие установки, хотя скорость поступления экополютантов в этом случае существенно снижена и продолжает уменьшаться во времени. В процессе залповых выбросов за короткий промежуток времени в воздух выделяется большое количество вредных веществ. Залповые выбросы возникают при авариях агрегатов, установок, подземных и надземных трубопроводов, в том числе и нефте- продуктопроводов. Подобные ситуации систематически возникают в стране, в целом, и, в Тамбовской области, в частности. Для них характерно воздействие одного загрязнителя, содержание которого в этих условиях в воздухе многократно превышает фоновые концентрации других экотоксикантов. Следовательно, тогда взаимовлиянием загрязнителей можно пренебречь, чего нельзя сказать об их воздействии в стационарных условиях. В процессе мгновенных выбросов ситуация в воздухе меняется в доли секунды. Они протекают при взрывных работах, в авариях установок, работающих при значительном избыточном давлении, что характерно для современных промышленных установок и продуктопроводов. В таких случаях загрязнители поднимаются на большую высоту, в результате чего рассеиваются с воздушными массами на большие расстояния и территории.

С отходящими газами в атмосферу поступают твердые, жидкие, паро- и газообразные вещества неорганического и органического происхождения. В связи с этим по агрегатному состоянию загрязнения подразделяют на твердые, жидкие, газообразные и смешанные.

Промышленные отходящие газы, содержащие взвешенные твердые или жидкие частицы, представляют собой двухфазные системы. В них дисперсионной средой являются газы, прежде всего, воздух, дисперсной фазой - твердые частицы или капли жидкости. Системы с твердой дисперсной фазой называются аэрозолями. Их делят на пыли и дымы, с жидкой – туманы.

Пыли содержат твердые частицы размером от 5 до 50 мкм (усредненный поперечник), которые быстро оседают под действием силы тяжести, в силу чего такие системы периодически образуются и разрушаются. Частицы дыма имеют размер в пределах 0,1 – 5 мкм, поэтому они более услойчивы к седиментации. Туманы включают капли жидкости с поперечником 0,3 – 5,0 мкм. Образуются они как продукт конденсации паров или распыления жидкости в газовой фазе.

Из самых общих соображений газовые выбросы классифицируют:

по методам контроля и отвода:

-организованные (трубы предприятий);

-неорганизованные (выхлопные трубы автомобилей):

по температуре:

- нагретые (t_{аэрозоля} > t_{дисп. среды});

- холодные (t_{аэрозоля} » t_{дисп. среды});

по признакам очистки:

- выбрасываемые без очистки;

- выбрасываемые после очистки.

В целом, организованный промышленный выброс – попадание в атмосферу аэрозоля через специально оборудованные газоходы, воздуховоды, трубы; неорганизованный - связан с поступлением в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушения герметичности системы, неудовлетворительной работы газоотсосов. Следует отметить, что газоочистка – это отделение от газа - носителя и превращение в неопасное состояние дисперсной фазы.

Защита воздушного бассейна, как в целом, так и всех блоков биосферы, состоит из стройной системы мероприятий, каждое их которых решает свои локальные задачи. Такая система включает:

- экологизацию технологических процессов, включающую создание замкнутых технологических циклов, малоотходных технологий, принципиально снижающих попадание вредных веществ в атмосферу; переход на технологии, снижающие объем выбросов и токсичность продуктов твердой фазы, использование низкосернистых топлив;

- внедрение эффективных технологий улавливания дисперсной фазы.

Работа оборудования газоочистки основывается на соответствующих методах, теоретические аспекты которых рассмотрены в предыдущем разделе.

Для очистки аэрозолей используют сухие и мокрые пылеуловители и электрические методы. Конечно, аппараты отличаются друг от друга как по конструкции, так и по принципу разрушения дисперсных систем. Так, в основе работы «сухих аппаратов» лежит осаждение в гравитационном или центробежном поле, либо гравитационно-инерционный принцип. В мокрых пылеуловителях реализуется контакт аэрозолей с жидкостью с осаждением твердых частиц на каплях, на поверхности газовых пузырей или на пленке жидкости. Принцип действия электрофильтров описан выше. Выбор метода и аппарата разрушения аэрозоля и улавливания дисперсной фазы зависит, прежде всего, от природы системы, ее фракционного состава.

Иные методы используются для очистки отходящих газов от токсичных газо- и парообразных компонентов. В этих случаях применяют установки, в основе работы которых лежит физическая и химическая абсорбция, адсорбция, катализ, термообработка, конденсация.

Помимо характера сил взаимодействия абсорбционные методы классифицируют по ряду иных признаков:

-по абсорбируемому компоненту;

- по природе абсорбента;

- по характеру гидродинамики процесса (с циркуляцией или без нее);

- по характеру корректировки абсорбента (с регенерацией или без нее);

- по повторному использованию улавливаемых компонентов (с рекуперацией или без нее);

- по цикличности протекания процессов во времени (периодические, непрерывные).

Для проведения физической абсорбции в качестве поглотителей применяют воду, инертные (по газу) органические растворители. Для хемосорбции – растворы солей, щелочей, органические растворители, водные суспензии, химически взаимодействующие с поглощаемым веществом.

Адсорбционные методы очистки газов используют для удаления из них газа и парообразных токсичных примесей. Обычно используют пористые адсорбенты с хорошо развитой поверхностью (угли, природные глины, даже черненую платину). Недостатком метода является низкая эффективность при очистке запыленных газов.

Каталитические методы основаны на протекании химических реакций на поверхности катализаторов (гетерогенный катализ). Их используют для очистки незапыленных газов. В этом случае процессы проводятся на поверхностях нетоксичных веществ (NO_х, СО, SО₂, SО₃). Так, в частности, в настоящее время развивается метод дожига СО в составе выхлопных газов автомобилей на каталитических установках с платиновым катализатором.

В рекуперационной технике дополнительно используют конденсацию и компремирование. В основу первого метода положено уменьшение давления насыщенного пара растворителя с понижением температуры. С этой целью смесь паров растворителя с воздухом предварительно охлаждают в теплообменнике и далее конденсируют.

Для обезвреживания газов от легко окисляющихся, токсичных либо дурнопахнущих компонентов используют термические методы прямого сжигания. Они основаны на сжигании горючих составляющих газовой смеси в топках печей или факельных горелках.

Характеристика аппаратов обезвреживания газовых выбросов

Основными их показателями являются: эффективность очистки, производительность, гидравлическое сопротивление и потребляемая мощность.

Эффективность очистки характеризует отношение массы улавливаемой пыли к массе поступившей

h_эф, % = 100(М_уловл/М_поступ).

Можно оценивать h_эф и в долях единицы.

Степень очистки определяется из зависимости

h_ст, % = [(C_вх – С_вых)/С_вх] × 100,

где C_вх и С_вых – соответственно массовые концентрации примесей в дисперсной системе до и после очистке, мг/м³.

Коэффициент проскока

К = С_вых/С_вх,

h_ст = 1 – С_вых/С_вх,

h_ст = 1 – 1/К,

откуда

К = 1/(1 - h_ст)

Производительность характеризует количество воздуха, очищаемого в единицу времени, м³с^-1 или м³ч^-1.

Пылеуловители, в которых очистка идет через фильтрующий слой, характеризуют удельной воздушной нагрузкой,т. е. количеством воздуха, проходящим через единицу площади фильтрующей поверхности (м²) за единиуцу времени (ч)

П_уд = .

Гидравлическое сопротивление DР. От него зависит требуемое давление Р_i вентилятора и, следовательно, расход электроэнергии

DР = DР_вх - DР_вых - zrv/2,

где z - коэффициент гидравлического сопротивления, r - плотность, v – скорость газа.

Мощность Nопределяется гидравлическим сопротивлением и объемным расходом V_р потока газа

N = kDРV_р/(h_мh_в),

k – коэффициент запаса мощности (1,1 – 1,2); h_м – коэффициент передачи мощности от электродвигателя к вентилятору (0,95 – 0,92); h_в – КПД вентилятора (0,65 – 0,80).

Из других характеристик и показателей дисперсных систем и их компонентов отметим дисперсный состав, плотность пыли, адгезионные свойства и смачиваемость частиц.

Дисперсионный состав.Согласно ГОСТ 12.2.043 – 80 все пыли по дисперсности делятся на 5 групп.

I – очень крупнодисперсная с d > 140 мкм (d – эффективный поперечник частиц);

II – крупнодисперсная с 40 £ d < 140 мкм;

III – среднедисперсная - 10 £ d < 40 мкм;

IV – мелкодисперсная с 1 £ d < 10 мкм;

V – очень мелкодисперсная - d < 1 мкм (10³ нм).

Плотность пыли.Различают истинную, кажущуюся и насыпную плотность. Кажущаяся – отношение массы частиц к занимаемому объему системы, включая поры, пустоты, несплошности. Для сплошных (непористых) частиц кажущаяся и истинная плотность совпадают. Насыпная плотность слоя пыли – отношение массы слоя к его объему, зависящая не только от пористости частиц пыли, но и процесса формирования пылевого слоя. Для слежавшейся пыли насыпная плотность в 1,2 – 1,5 раза больше свеженасыпанной.

Адгезионные свойства частиц.Адгезия характеризует сродство к твердой поверхности. В данном случае она определяет слипаемость частиц. Чем выше слипаемость, тем больше вероятность забивания пылеуловителей и дымоходов. Адгезия растет со снижением дисперсности. I группа в связи с этим – слабослипающиеся пыли, II и III группы – среднеслипающиеся, IV и V – слипающиеся. Увлажнение повышает слипаемость дисперсной фазы.

Смачиваемость обусловливает эффективность работы мокрых пылеуловителей. Критерием ее является краевой угол смачиваемости q или cosq.

Гидрофильные материалы характеризуются q < 90^о. Чем ниже q, тем сильнее смачиваемость (по отношению к воде гидрофильны – кварц, большинство силикатов, ряд оксидов).

Гидрофобные вещества (q > 90^о) – плохосмачиваемые (по отношению к воде – графит, уголь)

Абсолютно гидрофобные (q ~ 180^о) – парафин, фторопласт, битумы.

Смачиваемость существенно зависит от природы жидкости. Например, для железа q = 77 - 78^о для воды и 0^о - для С₇Н₁₆ или С₁₀Н₂₂.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: